В МФТИ определили оптические свойства сверхтонких пленок золота — Naked Science
9 минут
ФизТех

В МФТИ определили оптические свойства сверхтонких пленок золота

3.9

Исследователи из МФТИ выполнили точные измерения диэлектрических (оптических) констант сверхтонких пленок золота с толщинами от 20 до 200 нанометров в оптическом диапазоне длин волн.

В МФТИ определили оптические свойства сверхтонких пленок золота / ©www.goodfon.ru

Сегодня тонкие пленки золота — один из основных элементов микро- и наноразмерных оптических и оптоэлектронных устройств. Полученные результаты будут широко востребованы учеными. Работа опубликована в журнале Optics Express.

Ученые используют тонкие — толщиной всего в десятки нанометров (1 нанометр — это миллиардная часть метра) — металлические пленки для создания компактных химических и биологических сенсоров, фотодетекторов, солнечных батарей, элементов оптических компьютеров. Еще более тонкие металлические пленки — толщиной менее 10 нм — могут быть не только проводящими, но также прозрачными и гибкими элементами таких приборов.

В МФТИ определили оптические свойства сверхтонких пленок золота
Руководитель проекта — заведующий лабораторией нанооптики и плазмоники МФТИ, Валентин Волков за работой

При разработке наноразмерных приборов наиболее популярным и хорошо себя зарекомендовавшим металлом является золото. Именно оно чаще всего используется в виде очень тонких пленок или изготовленных из него наноструктур. Для разработки и оптимизации приборов необходимы точные данные по оптическим свойствам таких пленок. В большинстве случаев исследователи используют табличные данные из работ, опубликованных почти полвека назад. Например, одной из самых популярных статей по оптическим константам золота до сих пор является Optical constants of the noble metals P. B. Johnson and R. W. Christy, датированная далеким 1972 годом. Согласно библиографической базе данных Scopus, справочные константы из нее использовались в исследованиях, представленных по меньшей мере в 10 тыс. научных публикаций. Работы тех лет по оптическим свойствам тонких металлических пленок можно считать подвигом, так как трудоемкие экспериментальные исследования, требующие к тому же сложных расчетов, фактически проводились в докомпьютерную эпоху.Чем тоньше, тем лучше

Современные приборы и практически безграничные возможности вычислительной техники позволяют проводить более детальные исследования тонких металлических пленок. При этом известно, что оптические свойства их, а следовательно, и эффективность работы устройств, в которых они используются, зависят от многих факторов — толщины пленки, скорости осаждения и температуры подложки, на которую она осаждается. Ученые подобрали оптимальные начальные условия (скорость осаждения и температуру подложки) для получения наилучших оптических свойств. Далее при помощи спектральной эллипсометрии, рентгеновской дифрактометрии, электронной и атомно-силовой микроскопии были проведены необходимые измерения. Полученные результаты позволили детально изучить, как свойства тонких пленок золота связаны с их структурой и средним размером зерен.

В МФТИ определили оптические свойства сверхтонких пленок золота
Подготовка образца (тонкой пленки золота) к измерениям на спектральном эллипсометре

Структура оказывает большое влияние на физические свойства, поскольку электроны проводимости рассеиваются на границах зерен, подобно тому как шарик в пинболе теряет свою энергию на различных препятствиях. Оказалось, что оптические потери, а также удельное сопротивление постоянного тока, в случае золота значительно увеличиваются при толщине пленки менее 80 нм. Авторами работы представлены справочные данные по оптическим константам золота для широкого диапазона длин волн — от 300 до 2000 нм — для тонких пленок толщиной от 20 до 200 нм, когда пленки можно считать объемными. Эти результаты будут востребованы исследователями при разработке и оптимизации различных нанофотонных устройств и метаматериалов.Технология мирового уровня

Чтобы создать такие пленки, исследователи использовали метод электронно-лучевого испарения. Подложку из очищенного кремния кладут в вакуумную систему. Напротив нее помещают емкость, в которой находятся куски металла, в нашем случае — золота. На куски металла направляется пучок электронов, ускоренный электрическим полем. Он быстро разогревает золото до жидкого состояния. Частицы золотых испарений летят в сторону подложки, оседают на ней и становятся твердыми.

«Получается, что если поддерживать высокий вакуум, правильно прогревать металл и соблюдать все необходимые режимы, такой метод будет давать пленки любой нужной толщины (в зависимости от времени испарения), а сами пленки будут практически идеально гладкими — с шероховатостью меньше нанометра, — комментирует исследование заведующий лабораторией нанооптики и плазмоники МФТИ Валентин Волков. — Мы продемонстрировали, что в России существуют технологии получения высококачественных тонких металлических пленок с рекордными оптическими свойствами, которые могут использоваться в оптике и оптоэлектронике: при создании чувствительных и компактных биосенсоров, солнечных батарей, широкодиапазонных фотодетекторов и оптоэлектронных компонентов для вычислительных систем».

Подобные золотые пленки толщиной около 40 нм уже используются для создания высокочувствительных биосенсоров.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
ФизТех
202 статей
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
30 ноября
7 минут
Василий Парфенов

История с загадочным артефактом в американском штате Юта становится все запутаннее. Мало того, что, вопреки всем предосторожностям властей, «монолит» нашли любопытные граждане, так его еще украли. А недавно стало известно об аналогичной находке в Европе — на территории археологического памятника в Пятра-Нямце, Румыния.

30 ноября
4 минуты
Василий Парфенов

Пилотируемый глубоководный аппарат «Фэньдоучжэ» опустился на глубину 10 909 метров в Марианскую впадину. Во время этого погружения впервые осуществлялась прямая трансляция фото и видео на поверхность.

29 ноября
53 минуты
Александр Березин

Ровно 208 лет назад русские войска разгромили армию Наполеона при Березине. Часто говорят, что отступление французской Великой армии из Москвы было чередой ее неудач и русских успехов. Однако реальность оказалась заметно сложнее: де-факто русские войска понесли большие неоправданные потери, а общим итогом кампании стало бегство Наполеона из России, но не его пленение, почти неизбежное в тех условиях. Наиболее вероятной причиной всех этих проблем было особое геополитическое видение ситуации одним человеком — Михаилом Кутузовым. Рассказываем, почему он не хотел побеждать Наполеона и сколько жизней за это заплатила наша страна.

24 ноября
7 минут
Мария Азарова

Попадание патогена в эпителий слизистой дыхательных путей и захват вирусом бокаловидных клеток приводит к нарушению слизистого барьера. Из-за уменьшения количества муцина снижается не только обонятельная чувствительность, но и возникают неприятные ощущения в носу и рту, в том числе сухость.

24 ноября
7 минут
Василий Парфенов

Фанаты эпической киноленты «Космическая одиссея 2001 года» могут ликовать: на Земле нашли объект, похожий на показанные в фильме монолиты. Необычный металлический артефакт обнаружили сотрудники Департамента общественной безопасности штата Юта во время рутинного облета территорий.

30 ноября
7 минут
Василий Парфенов

История с загадочным артефактом в американском штате Юта становится все запутаннее. Мало того, что, вопреки всем предосторожностям властей, «монолит» нашли любопытные граждане, так его еще украли. А недавно стало известно об аналогичной находке в Европе — на территории археологического памятника в Пятра-Нямце, Румыния.

14 ноября
34 минуты
Василий Парфенов

На вопрос, кто проживает на дне океана, люди отвечают по-разному. Дети и некоторые взрослые скажут: Губка Боб Квадратные Штаны. Фанаты Лавкрафта благоговейно, но с огоньком в глазах пробормочут нечто вроде «Ктулху фхтагн». А подводники и океанологи задумчиво посмотрят на вопрошающего и, если повезет, расскажут много интересного. Про квакеров, «биоуток», «блуп» и еще Посейдон его знает какие аномальные явления подводного мира.

22 ноября
24 минуты
Александр Березин

Планеты вокруг нашего Солнца расположены совсем не так, как в других системах. И это имеет крайне необычные практические последствия: расчеты показывают, что вокруг нашей звезды должны вращаться две потенциально обитаемые планеты, а не одна, как сейчас. Одна из них куда-то бесследно исчезла – и это еще в лучшем случае. Рассказываем, почему так получилось и кто конкретно в этом виноват.

24 ноября
7 минут
Мария Азарова

Попадание патогена в эпителий слизистой дыхательных путей и захват вирусом бокаловидных клеток приводит к нарушению слизистого барьера. Из-за уменьшения количества муцина снижается не только обонятельная чувствительность, но и возникают неприятные ощущения в носу и рту, в том числе сухость.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Лучшие материалы
Предстоящие мероприятия
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: