Uusi tutkimuslöydös avaa tien kohti nopeampia ja energiatehokkaampia siruja, joita voidaan hyödyntää esimerkiksi fotoniikka- ja kvanttilaitteiden rakennusmateriaalina.
Tutkijat ovat onnistuneet keksimään keinon, jolla suojataan fotoniikkasirujen rakentamiseen tarkoitettuja erittäin hauraita van der Waals (vdW) -materiaaleja.
Herkkiä materiaaleja voidaan muokata ”nanoskaalan kirurgiaksi” kutsutulla menetelmällä ilman vaurioita ja samalla päästä ennätykselliseen suorituskykyyn.
Kansainväliseen tutkimukseen osallistui muun muassa Aalto-yliopisto.
Nature Materials -lehdessä julkaistu työ on merkittävä edistysaskel vdW-materiaalien hyödyntämisessä fotoniikka- ja kvanttilaitteissa.
Tuhatkertainen parannus
”Valtavasta potentiaalista huolimatta vdW-materiaalien käyttäminen rakennuspalikoina on ollut suuri haaste. Tavanomaiset valmistusmenetelmät ovat yksinkertaisesti liian rajuja”, sanoo Aallon tutkija Xiaoqi Cui.
Nyt tutkijat keksivät päällystää vdW-materiaalin ohuella alumiinikerroksella, joka toimii väliaikaisena suojakilpenä.
”Tämä alumiinikerros toimii kuin mikroskooppinen haarniska. Se ottaa vastaan ionisuihkun tuhoavan iskun ja antaa meidän muotoilla materiaalia alle sadan nanometrin tarkkuudella säilyttäen kuitenkin samalla sen kiteisen laadun”, kuvailee tutkija Andreas Liapis.
Menetelmällä syntyi erittäin sileitä vdW-mikrolevyjä, jotka toimivat valon ansoina. Valo voi kiertää mikroskooppisissa kiekoissa yhä uudelleen ja uudelleen jopa miljoonia kertoja erittäin vähäisin häviöin.
”Suorituskyky on tuhatkertainen aiempiin vdW-resonaattorijärjestelmiin verrattuna, mikä merkitsee merkittävää läpimurtoa alalla”, sanoo professori Zhipei Sun.
Poikkeukselliset ominaisuudet
VdW-materiaalit ovat grafeenin löytymisen jälkeen herättäneet kiinnostusta poikkeuksellisten optisten ja elektronisten ominaisuuksiensa ansiosta.
Atomisen sileät pinnat ja irrallisten liitosten puuttuminen tekevät niistä erityisen houkuttelevia fotoniikkaan, jossa pienetkin epätäydellisyydet hajottavat valoa ja heikentävät näin suorituskykyä.
VdW-materiaalit koostuvat vain yhden tai muutaman atomikerroksen paksuisista, heikosti toisiinsa sitoutuneista kerroksista. Niitä voidaan pinota kerros kerrokselta ja muokata erittäin tarkasti.
Tämä mahdollistaa ratkaisuja, joihin perinteiset teknologiat eivät pysty. Haasteena on kuitenkin ollut materiaalien äärimmäinen hauraus, mikä on tehnyt niiden muokkaamisesta tavanomaisilla nanovalmistusmenetelmillä hyvin vaikeaa.
Tilaa Kemiamedian uutiskirje!
Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista. Osallistut samalla arvontaan!
