Gjennombrudd i Laserskriving – Uovertruffen Hastighet og Presisjon Oppnådd

Forskere i Kina har presentert en metode for direkte laserskriving der to lysstråler brukes til å lage svært små strukturer. Ifølge artikkelen i Optics Letters oppnådde metoden en lateral oppløsning på omtrent 100 nanometer ved en skrivehastighet på 100 mikrometer per sekund. Den kan være nyttig i forskning på presise optiske deler, men bruk i et bestemt kommersielt produkt er ennå ikke dokumentert.

Hva er direkte laserskriving?

Ved direkte laserskriving, DLW, brukes fokusert lys til å herde et lysfølsomt materiale på utvalgte steder. Metoder som bygger på flere fotoner, kan skape små to- og tredimensjonale strukturer. Høyere oppløsning krever at målområdet belyses nok uten at materialet ved siden av herdes utilsiktet.

En utfordring ved tidligere metoder

En kraftig laserstråle kan påvirke området rundt punktet man ønsker å treffe. Dermed blir det vanskelig å lage svært nærliggende linjer hver for seg. I den nye metoden legges det til en annen lysstråle som hemmer polymerisering langs kanten.

Metoden i studien

Artikkelen «Super-resolution direct laser writing via multiphoton and peripheral photoinhibition photolithography»¹ beskriver både flerfotonskriving og en variant med lyshemming rundt målområdet. Forskerne kombinerte to stråler med et spesielt lysfølsomt materiale og lagde fine linjer og tredimensjonale teststrukturer.

Oppgavene til de to lysstrålene

Den ene strålen starter polymeriseringen, mens den andre hemmer den i området omkring. Slik kan grensen for linjen bestemmes mer presist. Strålenes plassering og styrke ble nøye justert under forsøket.

Detaljer om det optiske utstyret

Den aktiverende strålen kom fra en femtosekundlaser med bølgelengde 525 nanometer, mens den hemmende kom fra en pikosekundlaser på 532 nanometer. Forskjellen mellom lysveiene ga en forsinkelse på omtrent 2700 pikosekunder. Forskerne brukte en romlig lysmodulator (SLM) og Zernike-polynomer til å korrigere bølgefrontavvik og fulgte med på strålenes justering, variasjoner i effekt og forskyvninger i oppsettet.

Lysfølsomt materiale

Forsøket brukte et materiale med monomeren PETA og stoffet BTPOS. BTPOS virker som en radikalfanger og bidrar til å redusere uønsket kryssbinding. Resultater med denne blandingen og dette utstyret gjelder ikke automatisk for alle materialer.

Teststrukturer

Gruppen lagde linjer som lå tett sammen, og tredimensjonale strukturer med kryssende staver i flere lag. Stavenes laterale avstand var 300–225 nanometer. Slike tester viser hvor godt små detaljer tett ved hverandre kan holdes atskilt.

Kilde: Optica

Målte resultater

Ifølge sammendraget av artikkelen ble rundt 100 nanometers lateral oppløsning oppnådd ved 100 mikrometer per sekund. Ved 1000 mikrometer per sekund var oppløsningen fortsatt omtrent 120 nanometer. Den minste aksiale perioden i en tredimensjonal teststruktur var 318,15 nanometer, litt under den tilsvarende diffraksjonsgrensen på 320 nanometer som artikkelen oppgir. Dette er laboratorieresultater, ikke dokumentasjon på hastighet eller kostnad i masseproduksjon.

Mulige bruksområder

Rask og presis fremstilling av små strukturer kan støtte forskning på mikrolinser, fotoniske krystaller, optiske enheter og metamaterialer. Forskerne nevner også optiske bølgeledere for skjermer til virtuell og utvidet virkelighet. For faktiske produkter må repeterbarhet, materialenes holdbarhet og kostnader undersøkes separat.

Datalagring

Mikrostrukturering kan på lengre sikt være relevant for forskning på deler i lagringsenheter. Artikkelen viser derimot ikke at kapasiteten i kommersielle harddisker øker, eller at en bestemt lagringsenhet kan produseres med metoden.

VR, AR og optiske deler

Presise små strukturer kan være nyttige i utformingen av optiske komponenter til VR og AR. Forsøket beviser ennå ikke at produkter for forbrukere snart får bedre ytelse eller lavere pris.

Forskerne

Forfatterne er Xi Liu, Qiulan Liu, Mengdi Luo, Liang Xu, Cuifang Kuang og Xu Liu. Institusjonene deres omfatter blant annet Zhejiang University og Zhejiang Lab i Kina.

Et selskap i bransjen

Følgende selskap er et eksempel fra datalagringsbransjen. Det betyr ikke at selskapet deltok i studien eller har tatt den nye metoden i bruk i produktene sine.

Seagate Technology Holdings

Seagate Technology Holdings (STX ) leverer lagringsenheter og tilhørende tjenester. Studien alene gir ikke grunnlag for å forutsi selskapets produktplaner, resultater eller en stigende aksjekurs.

Siste nytt om Seagate Technology Holdings

Hva viser forskningen?

Kombinasjonen av to lysstråler og et lysfølsomt materiale gjorde det mulig å lage fine linjer og tredimensjonale strukturer med høy presisjon. Det er et interessant fremskritt for forskning på produksjon av optiske deler. Tidspunktet for kommersialisering og ytelsen i ferdige produkter krever videre testing. Les også andre artikler om nanoteknologi.

Referert studie

^{1. Liu, X., Liu, Q., Luo, M., Xu, L., Kuang, C. og Liu, 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.}