Ученые из Иллинойсского университета разработали простой метод двухфотонной субволновой нанолитографии, позволяющий создавать трехмерные наноструктуры на сравнительно большой по микромасштабам площади - до квадратного метра.

"Двухфотонная литография, как оказалось, - мощный инструмент. С ее помощью мы смогли создать ряд одинаковых матриц параллельных наноструктур, - говорит доктор Джон Роджерс (John Rogers) из Иллинойсского университета Национальной лаборатории Аргонны. - При использовании метода обычной двухфотонной литографии необходимо проводить постоянное сканирование и фокусировку луча для получения 3D-наноструктур. Предложенная нами технология позволяет избежать ненужных повторений и производить большое количество наноструктур за короткий промежуток времени".

Как утверждают ученые, новый метод "быстрой и массовой" двухфотонной нанолитографии позволит изготавливать матрицы наноструктур общей площадью до квадратного метра. "Чувствительный фотополимер выдерживается вблизи от поверхности фазовой маски, поэтому отпадает необходимость распределять и фокусировать лучи для получения 3D-наносистемы. Поэтому параллельных шаблонов может быть множество", - поясняет д-р Роджерс.

В качестве источника фотонов ученые использовали Ti: сапфировый лазер с частотой 1 кГц и длиной волны 810 нм. С его помощью генерировалась маска диаметром 600 мк с частотой развертки 120 импульсов в секунду, энергией порядка микроджоуля. Пиковая интенсивность лазера ~0,7 ТВт*см-2 - это достаточная для двухфотонной литографии интенсивность луча. Пропуская импульсы через фазовую маску, находящуюся над фотополимером, ученые получили 3D-распределение интенсивности луча по объему фотополимера, хотя фазовая маска была двумерной геометрии.

Путем изменения времени экспозиции были получены разные наноструктуры. Так, для выдержки 120 и 240 с были получены разные концентрации фотокатализатора в полимере. Затем полимер при определенной температуре (65oC) помещают в специальный растворитель, что приводит к удалению остатков полимера, при этом на поверхности остается матрица необходимых наноструктур.

Д-р Роджерс и его коллеги решили использовать для сравнения тот же метод в однофотонной литографии (лазер с длиной волны 355 нм), однако точность этого метода оказалась ниже. Оптическая микроскопия показала, что с помощью двухфотонной литографии можно производить контрастные наносистемы, в то время как однофотонная на это не способна. При изготовлении маски команда основывалась на результатах векторного моделирования оптических свойств луча, поэтому распределение необходимой интенсивности света на фотополимере было не случайным. Другими словами - ученые заранее изготовили именно такой шаблон, с помощью которого получаются необходимые трехмерные наносистемы.

Тем не менее, проблемы при моделировании маски для заданных наноструктур все же остаются. Для их решения необходимо разработать специальное программное обеспечение, которое производило бы реверсивное моделирование маски по заданной наноструктуре. Пока эта задача не решена, и для получения необходимой матрицы ученым приходится проводить ряд довольно сложных расчетов.

"Я считаю, что разработка ПО - не такая сложная задача, и мы со временем справимся и с этим. Представьте себе, какой это будет мощный инструмент в руках инженеров - можно будет штамповать любые 3D-наноструктуры заданной точности, не отходя от монитора компьютера, и в результате получать не единичный результат, а огромные (по меркам наномира) матрицы".

Использование наноструктур и разработка технологий их получения ограничены только воображением ученых. Например, наножидкостные системы получат новое дыхание с приходом в лаборатории больших наноструктурных матриц. Появится также возможность создавать многофункциональные жидкостные компьютеры и сложные биочипы. И это только одно из применений матриц. "Кроме матриц наноструктур, мы можем создавать наночастицы практически любой формы и размера", - говорит д-р Роджерс.