اختراق في كتابة الليزر – سرعة ودقة لا مثيل لهما تم تحقيقهما

عرض باحثون في الصين طريقة للكتابة المباشرة بالليزر تستخدم شعاعين من الضوء لإنشاء بنى صغيرة للغاية. ووفقاً لبحثهم المنشور في Optics Letters، حققت الطريقة دقة جانبية تقارب 100 نانومتر بسرعة كتابة تبلغ 100 ميكرومتر في الثانية. قد تفيد في أبحاث تصنيع المكونات البصرية الدقيقة، لكن استخدامها في منتج تجاري بعينه لم يثبت بعد.

ما الكتابة المباشرة بالليزر؟

تستخدم الكتابة المباشرة بالليزر، أو DLW، ضوءاً مركزاً لتصلب مادة حساسة للضوء في مواضع محددة. وتتيح أساليب الفوتونات المتعددة إنشاء بنى صغيرة ثنائية وثلاثية الأبعاد. ويتطلب تحسين الدقة تعريض المنطقة المستهدفة لضوء كافٍ مع منع تصلب المادة المجاورة من دون قصد.

مشكلة الأساليب السابقة

قد يؤثر شعاع الليزر القوي في المنطقة المحيطة بالهدف أيضاً. ولذلك يصعب إنشاء خطوط منفصلة ومتقاربة جداً. في الطريقة الجديدة يضاف شعاع ثانٍ يثبط البلمرة عند أطراف المنطقة المستهدفة.

الطريقة التي درستها الورقة

تصف ورقة «Super-resolution direct laser writing via multiphoton and peripheral photoinhibition photolithography»¹ الكتابة متعددة الفوتونات وطريقة تثبط البلمرة بالضوء حول المنطقة المقصودة. جمع الباحثون شعاعين مع مادة خاصة حساسة للضوء وصنعوا خطوطاً دقيقة وبنى تجريبية ثلاثية الأبعاد.

دور الشعاعين

يبدأ أحد الشعاعين البلمرة، بينما يمنعها الثاني في المنطقة المحيطة. ويساعد ذلك في تحديد حدود الخط المكتوب بدقة أكبر. ضُبط موضع الشعاعين وشدتهما بعناية أثناء التجربة.

تفاصيل المنظومة البصرية

صدر شعاع الإثارة من ليزر فمتوثانية بطول موجي 525 نانومتراً، والشعاع المثبط من ليزر بيكوثانية بطول موجي 532 نانومتراً. نتج عن اختلاف المسارين البصريين تأخير يقارب 2700 بيكوثانية. استخدم الفريق معدِّل ضوء مكانياً (SLM) ومتعددات حدود زيرنيكه لتصحيح انحرافات جبهة الموجة، وراقب محاذاة الشعاعين وتقلب القدرة وانزياح الجهاز.

المادة الحساسة للضوء

استخدمت التجربة مادة تحتوي على المونومر PETA ومركب BTPOS. يعمل BTPOS على التقاط الجذور الحرة ويساعد في تقليل الترابط المتقاطع غير المرغوب فيه. ولا تنطبق نتائج هذا المزيج وهذا الجهاز تلقائياً على جميع المواد.

البنى التجريبية

صنع الفريق خطوطاً متقاربة وبنى ثلاثية الأبعاد من قضبان متقاطعة في طبقات. تراوحت المسافة الجانبية بين القضبان من 300 إلى 225 نانومتراً. تساعد هذه الاختبارات في معرفة مدى بقاء التفاصيل الصغيرة المتجاورة منفصلة.

المصدر: Optica

النتائج المقاسة

وفقاً لملخص الورقة، تحققت دقة جانبية تقارب 100 نانومتر بسرعة 100 ميكرومتر في الثانية. وعند سرعة 1000 ميكرومتر في الثانية بقيت الدقة نحو 120 نانومتراً. كانت أصغر دورية محورية لبنية تجريبية ثلاثية الأبعاد 318.15 نانومتراً، أقل بقليل من حد الحيود المقابل البالغ 320 نانومتراً الذي تذكره الورقة. هذه نتائج مختبرية، ولا تثبت سرعة الإنتاج الضخم أو تكلفته.

استخدامات محتملة

قد يفيد تصنيع البنى الصغيرة بسرعة ودقة في أبحاث العدسات المجهرية والبلورات الفوتونية والأجهزة البصرية والمواد الخارقة. وذكر الباحثون أيضاً أدلة الموجة البصرية لشاشات الواقع الافتراضي والمعزز كاستخدام محتمل. ويجب اختبار ثبات جودة التصنيع ومتانة المواد والتكلفة بشكل مستقل عند تطوير منتجات فعلية.

تخزين البيانات

قد يرتبط التصنيع المجهري على المدى البعيد بأبحاث مكونات أجهزة التخزين. لكن الورقة لا تثبت زيادة سعة الأقراص الصلبة التجارية أو وجود عملية تصنيع جديدة لجهاز تخزين معين.

الواقع الافتراضي والمعزز والمكونات البصرية

يمكن أن تساعد البنى المجهرية الدقيقة في تصميم مكونات بصرية لتقنيات الواقع الافتراضي والمعزز. ولم تثبت التجربة بعد أن أجهزة المستهلك ستتحسن أو تنخفض أسعارها قريباً.

الباحثون

مؤلفو الورقة هم Xi Liu وQiulan Liu وMengdi Luo وLiang Xu وCuifang Kuang وXu Liu. وتشمل مؤسساتهم جامعة Zhejiang وZhejiang Lab في الصين.

شركة من القطاع

تُذكر الشركة التالية مثالاً من صناعة تخزين البيانات. ولا يعني ذلك أنها شاركت في الدراسة أو طبقت الطريقة الجديدة في منتجاتها.

Seagate Technology Holdings

توفر Seagate Technology Holdings (STX ) أجهزة تخزين وخدمات مرتبطة بها. ولا تكفي هذه الدراسة وحدها للتنبؤ بخطط منتجات الشركة أو نتائجها المالية أو ارتفاع سعر سهمها.

أحدث أخبار Seagate Technology Holdings

ماذا يبين البحث؟

أتاح الجمع بين شعاعين ومادة حساسة للضوء إنشاء خطوط دقيقة وبنى ثلاثية الأبعاد بدرجة عالية من الدقة. وهي خطوة مهمة لأبحاث تصنيع المكونات البصرية. لكن موعد التسويق والأداء في المنتجات النهائية يحتاجان إلى اختبارات إضافية. يمكن قراءة مقالات أخرى عن تقنية النانو.

الدراسة المرجعية

^{1. Liu, X. وLiu, Q. وLuo, M. وXu, L. وKuang, C. وLiu, X. (2025). «Super-resolution direct laser writing via multiphoton and peripheral photoinhibition photolithography». Optics Letters 50(5)، 1675–1678. https://doi.org/10.1364/OL.552034.}