И электроника, и фотоника неуклонно стремятся к миниатюризации. Однако по мере уменьшения уже существующих устройств наступает момент, когда требуется создание структур с атомарной точностью, требующее высоких энергетических воздействий. Этот процесс затрудняет или даже делает невозможным размещение элементов вблизи друг друга — технологии начинают конфликтовать, создавая реальную угрозу для уже готовых элементов при формировании новых.
Раздельное изготовление частей фотонных приборов решает данную проблему, но ощутимо удлиняет и усложняет производственную цепочку. Поиск оптимального баланса между точностью, качеством и скоростью остается актуальным. Лучшие современные 3D-принтеры пока не способны создавать идеально гладкие трехмерные структуры, необходимые для высокоточной оптики, из-за их оптической неоднородности.
Результат счастливого эксперимента: фотонное оригами
Выходом стал новаторский подход израилских ученых — фотонное оригами, открывающее совершенно новые горизонты. Метод позволяет, используя лишь лазер, формировать беспрецедентно тонкие и длинные структуры: длиной в три миллиметра при толщине всего полмикрона. Это рекордное соотношение для трехмерных объектов!
Неожиданное открытие команды из Тель-Авивского университета
Это увлекательное открытие произошло совершенно случайно. Руководитель группы, Таль Кармон из Тель-Авивского университета, поручил аспирантке Манье Малхотре исследовать невидимый лазерный луч на поверхности стекла, повышая мощность до видимой светимости. Стекло не просто засветилось — оно внезапно изогнулось! Так родился простой и изящный способ управления формой материала.
При лазерном нагреве одной стороны стекло размягчается. В этом состоянии силы поверхностного натяжения преобладают над гравитацией, вызывая изгиб в точке нагрева. Это позволяет с поразительной точностью складывать материал в заранее заданные конфигурации.
Потрясающая точность и новые возможности
Точность управления углом изгиба достигает впечатляющих 0.1 микрорадиана! Используя эту технологию, исследователям удалось сгибать ультратонкие стеклянные пластины (менее 10 микрон) в самые разные формы: от точных прямых углов до сложных спиралей. В процессе работы были также созданы исключительно гладкие вогнутые и выпуклые зеркала, отражающие свет без каких-либо помех.
Многообещающие перспективы: от фундаментальной физики до смартфонов
Фотонное оригами позволило разработать сверхлегкую точную конструкцию с уникальным вогнутым зеркалом (чем-то напоминающую перевернутый стол). Это устройство открывает новый горизонт для фундаментальных исследований – изучения отклонений от ньютоновской гравитации в микромире. Подобные эксперименты способны дать ключ к астрономическим тайнам, включая природу темной материи, где наблюдения постоянно озадачивают теоретиков.
Перспективы практического применения обширны! Технология способна революционизировать оптику в мобильных устройствах, создавая крошечные зум-объективы, способные заменить сразу несколько камер в смартфонах. Еще более значимо ее применение в микрофотонике: создании компонентов, использующих свет вместо электричества, что обещает прорыв к более скоростным и экономичным альтернативам традиционной электронике в компьютерах будущего.
Источник: naked-science.ru
