Фізика
Технології
Фізика
Технології

Фізикам вдалось організувати графенові мікробульбашки в ідеальну лінзу

Мікроскопічне зображення процесу утворення бульбашок / Advanced Photonics, 2020

Мікроскопічне зображення процесу утворення бульбашок / Advanced Photonics, 2020

Фізики досягли ідеальної сферичної кривини графенових мікробульбашок, опромінивши плівки оксиду графену лазером. З цією технологією можливо створювати чітко структуровані мікробульбашки, організацію яких можна буде змінювати залежно від потреб вчених для створення високоточних оптоелектронних та мікромеханічних пристроїв. Дослідження вчених доступне у статті, опублікованій в журналі Advanced Photonics.

Навіщо потрібні графенові бульбашки?

Бульбашки діаметром від 1 до 50 мікрометрів мають широке застосування: від маніпуляцій клітинами в медицині та мікросистем повного аналізу(лабораторій на чипі), до створення лінз для об'ємних дисплеїв, оптичних резонаторів, інтеграції фотонних компонентів в чіпи, спектроскопії високого дозволу та фотонної літографії. Тому, з огляду на широкий спектр застосування мікробульбашок, було розроблено багато методів їх створення. Для створення більш структурованих бульбашок, які можна застосувати у фотоніці, використовують методи впливу ультразвуковими та лазерними хвилями на субстрати, занурені в рідини.

Однак, такі бульбашки утворюються випадково, все одно можуть диспергувати в розчині, мати часто непостійну структуру й для їх створення обов’язково потрібні рідини. Для широкого застосування мікробульбашок у фотоніці, необхідна можливість створити стабільні та однорідні мікробульбашки, які можна буде наносити одразу на кремнієві чіпи. У своїй роботі фізики продемонстрували нову техніку створення бульбашок одразу на твердій поверхні.

Що вчені зробили з бульбашками?

Команда фізиків використала матеріали з плівок графену, доповнених кисневими функціональними групами. Вони з’ясували, що матеріал з оксиду графену має високу однорідність, а тому в ньому буде легше створити мікробульбашки. Оскільки гази не можуть проникнути крізь такий матеріал, для утворення бульбашок, дослідники використовували лазер локального опромінення.

Змінюючи площу та потужність лазерного випромінювання, вченим вдалось створити добре структуроване середовище з мікробульбашок, об’єм, положення, кривину та кількість яких можна контролювати. Як доказ, дослідники продемонстрували увігнуту лінзу, яка може використовуватися як джерело світла для мікроскопічних зображень.

Як можна використати відкриття фізиків?

Утворена для доказу успіху експерименту фізиків лінза, утворила фокусну пляму(місце, куди безпосередньо потрапляє потік фотонів і де генерується випромінювання), яка може фокусувати світло на різних довжинах хвиль без хроматичної аберації. Тобто вона не спотворює зображення утворенням кольорової облямівки контрастних елементів через дисперсію світла. Команда продемонструвала фокусування світла галогенової лампи, яке охоплює діапазон від видимого до ближнього інфрачервоного з однаково високими характеристиками.

На думку вчених, їхня лінза демонструє набагато кращі показники, ніж графенові дифракційні пласкі лінзи, а чітко контрольована структура мікробульбашкового шару дозволить використовувати їх для спектроскопії високої роздільної здатності та для нанофотонних компонентів мініатюрних пристроїв на кшталт лабораторій на чіпах.