Создание новых наноматериалов с помощью высокочастотного лазера
В Японии с помощью фемтосекундного лазера были получены мезоскопические частицы золота. Ученые продемонстрировали, что интерференция лазерных лучей позволяет получать высокоупорядоченные структуры с заданными свойствами.
Мезоскопическими структурами в физике называют объекты «промежуточного» размера: они меньше, чем макрообъекты, и больше, чем микрообъекты. В данном случае авторы говорят о мезоскопических частицах золота размером в сотни нанометров. Такие частицы представляют большой интерес благодаря их необычным свойствам. Их электрические, магнитные и оптические свойства сильно отличаются от свойств крупных структур из этого металла. Несмотря на то, что золото само по себе является диамагнетиком, наночастицы этого металла проявляют обратные свойства, они являются ферромагнитами, т.е. имеют магнитные свойства при определенной температуре. Эти частицы имеют широкую полосу поглощения, т.е. могут поглощать свет в достаточно широком диапазоне, что делает их очень перспективными для исследования биологических объектов.
Как правило, подобные золотые наночастицы получают химическими методами. Сотрудники Института лазерной инженерии университета Осаки (Япония) под руководством профессора Йошики Наката (Yoshiki Nakata) разработали новую методику получения наночастиц с помощью фемтосекундного Applied Physics A.
Излучение фемтосекундного лазера – это ультракороткие импульсы, 10-15 секунд. Обработка материалов с его помощью не является тепловой, и поэтому практически не вызывает температурных деформаций структур. Для получения мезоскопических золотых частиц ученые использовали импульсы продолжительностью в 140 фемтосекунд с длиной волны 785 нанометров (ближний инфракрасный диапазон). Луч, идущий от источника света, разделялся с помощью оптической дифракционной системы. Выходившие из нее лучи интерферировали между собой, усиливая тем самым мощность излучения. Это результирующее излучение применялось для обработки тонкой пленки из золота, нанесенной на кристалл сапфира. В работе были получены частицы золота размером от нескольких нанометров до сотен нанометров. Ученые отметили, что перемещение новых структур по поверхности очень напоминает стекание капель воды и предложили назвать их «водяные нанокапли».
При использовании химических методов мезоскопические структуры получаются в результате взаимодействия отдельных атомов в реакционной среде. В данном случае мелкие структуры получались из крупных (метод диспергирования или «метод сверху-вниз»). Ученые подчеркивают, что именно такой подход позволяет получать упорядоченные структуры, которые широко применяются в электронике и оптике. Кроме того, изменяя параметры интерференции лазерных лучей, свойства подложек и другие условия опыта, можно получать объекты с различными, заранее определенными, размерными и структурными характеристиками.
Источник: http://www.strf.ru