導(dǎo) | 讀
近期，瑞士ibm蘇黎世研發(fā)中心的colin博士和swisslitho公司的martin博士利用熱掃描探針(t-spl)納米加工技術(shù)，配合干法蝕刻解決方案實(shí)現(xiàn)了相互作用微腔（兩個(gè)相鄰的光學(xué)微腔），并對(duì)微腔距離進(jìn)行了控制，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)微腔光場(chǎng)的相互作用。相關(guān)工作發(fā)表在nature子刊 scientific report。
t-spl納米加工技術(shù)
熱掃描探針(t-spl)納米加工技術(shù)是一種灰度刻蝕技術(shù)。與傳統(tǒng)意義上的3d打印技術(shù)相比，3d模型以灰度圖的形式呈現(xiàn)和加工，技術(shù)難度要比3d打印技術(shù)要小得多；而且，灰度刻蝕與標(biāo)準(zhǔn)微電子加工工藝，如沉積和蝕刻等直接兼容，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，在光學(xué)/光子學(xué)方面，它可以用來(lái)制造任意光學(xué)曲面、多模光波導(dǎo)，光子晶體以及高q值的光學(xué)微腔。在量子光子學(xué)中，高q因子意味著光損失小，單位模式中有更多的光量子。在電子光學(xué)上，可以用螺旋結(jié)構(gòu)來(lái)將軌道角動(dòng)量傳遞給自由電子。相比平面結(jié)構(gòu)，三維結(jié)構(gòu)具備更多的功能和更好的性能。
圖1 t-spl的原理
納米加工技術(shù)對(duì)比
傳統(tǒng)納米加工技術(shù)中，電子束蝕刻(ebl)是目前zui為*的直寫(xiě)技術(shù)，也能夠進(jìn)行這種灰度級(jí)的光刻。然而，當(dāng)結(jié)構(gòu)小于1微米時(shí)，電子束在光刻膠內(nèi)的弛豫散射要計(jì)算，需要進(jìn)行三維距離校正。聚焦離子束(fib)同樣可以用于灰度光刻。然而，由入射離子引起的表面注入，深度延伸可以超過(guò)數(shù)百納米，并且需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算實(shí)現(xiàn)臨近校正。此外，由于事故的電離造成的損害，fib加工過(guò)的表面對(duì)進(jìn)一步處理非常敏感。此時(shí)，t-spl技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就突顯出來(lái)了。
t-spl納米加工技術(shù)的應(yīng)用
colin博士利用t-spl技術(shù)，制備了正旋波圖形（圖2a, b），螺旋相位板（圖2c, d），凹透鏡（圖2e, f），16方格棋盤(pán)（圖2g, h）。圖形結(jié)果和設(shè)計(jì)匹配，棋盤(pán)實(shí)驗(yàn)中，臺(tái)階的高度僅為1.5nm。得益于閉環(huán)的直寫(xiě)算法，將每一次直寫(xiě)后探測(cè)的深度信息反饋并修正下一行的直寫(xiě)， t-spl技術(shù)實(shí)現(xiàn)了納米級(jí)高精度的3d直寫(xiě)。
圖2 利用t-spl技術(shù)制備各種微結(jié)構(gòu)，圖形結(jié)果和設(shè)計(jì)匹配
光子分子—雙高斯凸透鏡dbr光學(xué)微腔
colin博士進(jìn)一步設(shè)計(jì)了光子分子——雙高斯凸透鏡dbr光學(xué)微腔（圖3）。在sio2上刻蝕兩個(gè)相鄰的凹高斯透鏡結(jié)構(gòu)，并以此為模板制作了tao5/sio2布拉格反射鏡（dbr）；利用發(fā)光染料作為增益介質(zhì)制備在dbr中間形成法布里-珀羅（fabry–pérot）光學(xué)微腔，發(fā)光燃料層在結(jié)構(gòu)部分形成高斯凸透鏡，相鄰兩個(gè)凸透鏡各自約束一路光場(chǎng)在dbr中形成諧振。
圖3 光子分子的設(shè)計(jì)，制備和表征
通過(guò)加工多種不同間距的凸透鏡對(duì)，colin博士研究了不同距離下，兩個(gè)諧振光場(chǎng)的耦合作用，以期實(shí)現(xiàn)基于交互強(qiáng)度控制的類(lèi)腔陣列量子計(jì)算技術(shù)。t-spl高精度3d納米加工技術(shù)必將推動(dòng)量子計(jì)算的研究向一個(gè)關(guān)鍵里程碑邁進(jìn)。
參考文獻(xiàn)：control of the interaction strength of photonic molecules by nanometer precise 3d fabrication.
swisslitho公司榮獲“瑞士產(chǎn)品獎(jiǎng)”
2017年11月13日，swisslitho公司因nanofrazor 3d納米直寫(xiě)設(shè)備（采用熱掃描探針納米加工技術(shù)）的研發(fā)和*優(yōu)勢(shì)獲得“瑞士產(chǎn)品獎(jiǎng)”。該獎(jiǎng)項(xiàng)主要獎(jiǎng)授予“具有*、高技術(shù)、高質(zhì)量的、的產(chǎn)品創(chuàng)新能力，具有高價(jià)值，強(qiáng)大潛力的公司”。
圖為swisslitho公司團(tuán)隊(duì)于蘇黎世市中心舉行的頒獎(jiǎng)典禮