Desde las primeras demostraciones del láser de femtosegundo como herramienta de procesamiento tridimensional (3D), se han fabricado microdispositivos con emocionantes funciones ópticas, electrónicas, mecánicas y magnéticas, mediante las cuales se permiten conceptos novedosos, desde circuitos integrados fotónicos cuánticos 3D hasta microrobots inteligentes. .
En la última década se han dedicado muchos esfuerzos en este campo a mejorar la resolución espacial de fabricación, y se han informado tamaños de características de varias decenas de nanómetros basados en la absorción multifotónica, el agotamiento de las emisiones de estimulación, la mejora del campo cercano inducida por el campo lejano y la fotoexcitación. efectos de enlaces químicos inducidos. Sin embargo, las aplicaciones avanzadas, como los transistores de un solo electrón, los emisores de fotón único (SPE), la memoria de un solo átomo o los dispositivos de bits cuánticos, requieren una mayor resolución espacial de fabricación (menos de 10 nm, mucho más allá del límite de difracción óptica).
En un nuevo artículo publicado en Light Science &Application , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Hongbo Sun del Laboratorio Estatal Clave de Tecnología e Instrumentos de Medición de Precisión, Departamento de Instrumentos de Precisión, Universidad de Tsinghua, Beijing, China, y sus compañeros de trabajo han propuesto y demostrado experimentalmente la fabricación a escala cercana al átomo. utilizando un método de bloqueo y seguimiento de umbral (TTL), mediante el cual se obtienen tamaños de características de <5 nm, ~ λ/100, acercándose al límite cuántico.
A través de este enfoque, los investigadores podrían lograr una fabricación de rendimiento casi unitario de fuentes de fotones individuales con alta precisión posicional y daño mínimo a la red. Estas fuentes de fotón único exhiben un alto brillo, una alta pureza de emisión y una alta estabilidad.
Esta fabricación láser a escala cercana al átomo representa un importante paso adelante en las tecnologías fotónicas cuánticas escalables. Los científicos resumen el principio de la tecnología TTL:
"La idea es utilizar los pulsos láser adicionales (luz de sonda) para rastrear con precisión si se produce daño a escala atómica o casi atómica bajo el pulso inicial (luz de fabricación). El umbral de daño intrínseco del material objetivo se bloquea con precisión. Vale la pena mencionando que este método de retroalimentación no depende de la sensibilidad de detección del instrumento y puede bloquear con precisión el umbral de daño intrínseco del material objetivo para la fabricación con láser a nanoescala".
"Demostramos que la precisión de la fabricación del láser en este trabajo ha alcanzado el límite cuántico, que es un nuevo hito después del límite de difracción óptica. Cuando la energía del láser se acerca al umbral de daño a escala casi atómica, la ablación con láser de átomos individuales no necesariamente ocurren en el centro geométrico del punto enfocado."
"Esto se debe a que, en este estado límite, el gradiente proporcionado por la energía del láser (la parte superior de la distribución gaussiana) será muy plano. La región de ruptura definida por el gradiente de energía del láser fallará y la ablación atómica local ocurrirá aleatoriamente en una determinada región (~ unos pocos nanómetros, el valor específico está relacionado con el material objetivo), que estará dominada por la posición y las fluctuaciones de energía de los electrones locales, en lugar de la pendiente de densidad de potencia del láser incidente."
"Mediante la tecnología TTL, se podría lograr la fabricación con rendimiento casi unitario de fuentes de fotón único con precisión de posicionamiento a nanoescala. Mientras tanto, estas fuentes de fotón único exhiben excelentes propiedades que incluyen alto brillo (emitiendo casi diez millones de fotones por segundo), alta pureza de emisión y alta estabilidad."
"Este resultado sugiere el alto potencial de la fabricación de láseres a escala cercana al átomo para la aplicación de dispositivos cuánticos."
Más información: Xiao-Jie Wang et al, Fabricación láser de resolución espacial acercándose al límite cuántico, Luz:ciencia y aplicaciones (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01354-5
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