Beata Staśkiewicz - Instytut Fizyki

E.42 Metody otrzymywania metamateriałów 2D
I STANDARDOWA METODA – litografia wiązek elektronowych
e
(electron– beam litography ― (EBL))
W metodzie tej wykorzystuje się wiązki elektronowe, które padają
na wybraną powierzchnię. Szerokość wiązek jest rzędu nanometrów, co pozwala
uznać tę metodą za technologię nanoskpową. EBL to seryjny proces, w którym wiązka
elektronowa skanuje powierzchnię próbki. Przez ostatnie dwa lata z powodzeniem
wytwarzano róŜne struktury (charakteryzujące się ujemnym współczynnikiem
załamania) przy zastosowaniu metody EBL, a róŜne zespoły badawcze z
powodzeniem przeprowadzały na nich eksperymentalne badania. Najlepszy wynik dla
ujemnego współczynnika załamania dla długości fali stosowanej w telekomunikacji,
osiągnęła grupa badawcza z Uniwersytetu w Karlsruhe we współpracy z grupą
z Uniwersytetu Stanu Iowa w 2006 roku [109] dla struktury „sieci rybnej-(fishnet)”
[110]. Tworzyła ją tablica prostopadłych, dielektrycznych mikroelementów
umieszczonych w równoległych metalowych foliach. Dla struktury „fishnet” − stała
sieci wynosząca 600 nm (w formie kanapkowej, tzn. Ag [45 nm]–MgF 2 [30 nm]−Ag
[45 nm]) wykazano istnienie ujemnego współczynnika załamania n’ = −2 dla
λ ≈ 1, 45 µm.
Dalsze badania zaowocowały wykazaniem przez dwie grupy badawcze meta
materiału o ujemnym współczynniku załamania dla zakresu widzialnego: grupa
z Karlsruhe otrzymała ośrodek z n’ = – 0,6 dla λ ≈ 780 nm, a grupa z Purdue
University otrzymała ośrodek z n’ = − 0.9, n’ = −1.1 dla λ = 770 nm oraz λ ≈ 810 nm
[109]; patrz rys. I. Mimo, Ŝe metoda EBL jest powszechnie stosowana do nadruku
relatywnie małych powierzchni, ostatnio rozpoczęto produkować równieŜ długie
powierzchnie metamateriałów dielektrycznych [111]. W tym podejściu zastosowanie
warstw o zmiennej dyspersji znacznie zmniejsza błędy seryjnego procesu nadruku i
umoŜliwia tym samym produkcje dobrej jakości struktur.
Wytwarzanie materiałów o ujemnym współczynniku załamania
dla częstotliwości optycznych jest zadaniem bardzo ambitnym, gdyŜ wymaga
uzyskania próbek o niewielkiej periodyczności (bliskiej lub mniejszej od 300 nm) oraz
nanoskopowych rozmiarów (poniŜej kilku dziesiątek nm). Odkąd moŜliwym stała się
fabrykacja niewielkich fragmentów materiałów (rzędu 100 µm × 100 µm)
w umiarkowanie krótkim czasie i po rozsądnych kosztach, EBL nie stanowi juŜ
rozwiązania proponowanego przy produkcji metamateriałów o duŜej skali integracji
(poŜądanych w zastosowaniach).
Rys I Obraz pochodzący ze skaningowego mikroskopu elektronowego
przedstawiający „nano sieć rybną-fishnet” wytworzoną przy uŜyciu metody EBL;
a) ujemny współczynnik załamania uzyskany przez grupę z Karlsruhe (n’ = − 0.6 dla
λ≈ 780 nm, warstw Ag(40 nm)–MgF 2 (17 nm)–Ag(40 nm) układanych w stos, stała
sieci 300 nm); b) grupę z Uniwersytetu Purdue’a (n’= − 0.9 dla λ ≈ 772 nm, warstw
Ag(33 nm)–Al 2 O 3 (38 nm)–Ag(33 nm) układanych w stos, stała sieci 300 nm) (na
podstawie [111]).
89