Метаматериал — композиционный материал, свойства которого обусловлены не столько свойствами составляющих его элементов, сколько искусственно созданной периодической структурой. Метаматериалы проектируются таким образом, чтобы взаимодействовать со световыми и звуковыми волнами так, как натуральные материалы не могут. Они потенциально могут быть использованы для создания удивительных вещей — плащей-невидимок, линз высокого разрешения, эффективных и компактных антенн, высокочувствительных датчиков.
В то время как теория относительно неплохо разработана, изготовление метаматериалов остается сложной лабораторной задачей, до массового промышленного производства еще далеко. Но сингапурские ученые из A*STAR Data Storage Institute под руководством Йи Чжоу продемонстрировали новую перспективную технологию, пригодную для производства важного класса метаматериалов, известного как «fishnet metamaterials1» («ажурные метаматериалы1»).
Большинство оптических метаматериалов состоят из мельчайших повторяющихся металлических конструкций. Когда свет определенной частоты падает на них, он создает осциллирующее поле внутри каждой структуры. Эти поля могут резонировать друг с другом и тем самым приводить структуры к желаемому коллективному поведению.
Ажурные метаматериалы обычно представляют собой несколько вертикально поставленных повторяющихся частей, размещенных поверх более крупных горизонтальных. Таким образом формируется трехмерная структура.
Создаются они, как правило, одним из двух способов. Они могут быть изготовлены путем тщательного структурирования отдельных слоев и, буквально, укладывания этих слоев друг на друга. Этот многоуровневый процесс очень трудоемок и сложен, так как требуется тщательное выравнивание каждого слоя.
Второй подход заключается в создании удаляемого впоследствии шаблона-подложки и нанесения на него следующих слоев. Такой процесс имеет свои ограничения, наиболее важным из которых является то, что общая толщина конечного ажурного материала, как правило, ограничивается десятками нанометров. Это ограничивает число резонансов, которые могут быть достигнуты, что, в свою очередь, уменьшает эффективность полученного материала.
Чжоу и его коллеги смогли довести общую толщину ажурного метаматериала, изготовленного с применением шаблона-подложки до 300 нанометров, что позволило создать материал, состоящий из пяти бислоев и способного к сильному характерному резонансу.
Чтобы добиться этого, они использовали технику «трехслойного подъема» («trilayer lift-off») , которая широко используется в промышленности, но редко применяется в научно-исследовательских лабораториях. Она включает в себя копирование временной подложки из фоторезиста на слой диоксида кремния, под которым лежит второй слой фоторезиста.
По словам Чжоу, эта техника позволит исследователям создавать большие площади трехмерных наноматериалов, что приближает их практическое применение.