10.10.2017
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.
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.
19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

19 октября
Мария Осетрова

Ученые из MIT выяснили, что наш мозг не оптимизирован для того, чтобы искать самый короткий маршрут. Вместо этого он выбирает путь, который точнее всего указывает на конечное направление.

Позавчера, 11:03
Александр Березин

Новая работа в авторитетном научном журнале показала, что за восемь месяцев титр антител от мРНК-вакцин падает в десятки раз, а от векторной — на том же аденовирусе, что «Спутник-лайт» — почти не уменьшается вовсе. На сегодня ясно, что снижение уровня антител — главная причина падения защиты от Pfizer с 90% до 47% за полгода. Значит ли это, что страны, поставившие на аденовирусно-векторные вакцины, сделали лучший выбор? И за счет чего они могли опередить такую вроде бы революционную вакцинную платформу, как мРНК? Наконец: действительно ли «Спутник» может повысить риск заражения ВИЧ, как это утверждают медицинские власти ЮАР?

18 октября
Елена Синицкая

На днях израильский ныряльщик обнаружил на дне Средиземного моря у Хоф-ха-Кармель древние предметы, среди которых оказался меч удивительной сохранности. По мнению специалистов Израильского управления древностей, железный меч с клинком около одного метра и 30-сантиметровой рукоятью принадлежал крестоносцу и датируется XII веком.

19 октября
Илья Ведмеденко

В КНР испытали монолитный твердотопливный ракетный двигатель, имеющий самую большую тягу в мире. Разработка изделия важна для создания ракет тяжелого класса.

15 октября
Илья Ведмеденко

Компания General Dynamics Land Systems представила макет наземного робота TRX, который выступит носителем беспилотников-камикадзе. Помимо них, он получил квадрокоптер.

13 октября
Мария Азарова

Анализ образцов крови, взятых у российских космонавтов до и после их полета на МКС, показал, что длительное пребывание в космосе может провоцировать повреждение мозга.

12 октября
Алиса Гаджиева

Две тысячи лет назад многие сооружения строили лучше, чем сегодня.

27 сентября
Мария Азарова

Новое исследование генетиков из Германии и Италии, похоже, помогло найти ответ на вопрос, который занимал ученых свыше двух тысяч лет: откуда взялись этруски?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: