MIT araştırmacıları, bir malzemedeki herhangi bir noktada boşluklar oluşturabilen ve ardından orijinal hacminin yaklaşık 1/2,000'ine kadar küçültebilen yeni bir teknik kullanarak, görünür ışığın manipülasyonu ile ilgili optik hesaplama ve diğer uygulamalar için kullanılabilecek nanoteknoloji cihazları tasarladı.
“Patlama oymacılığı” olarak bilinen yeni üretim tekniği, araştırmacıların bir hidrojelin içinde fotopatterning kullanarak özellikler oluşturmasına olanak tanır. Yaklaşık 800 nanometre çözünürlükle desenlendiğinde, bu özellikler 100 nanometreden daha az bir boyuta küçültülebilir.
Bu çözünürlük, ışığın dalga boyundan daha küçük olduğu için, cihazlar ışığı belirli şekillerde bükebilir ve bu da onların optik hesaplamalar yapmalarını sağlar.
“Görünür ışıkta nanofotonik uygulamaları mümkün kılmak için, 100 nanometreden daha küçük çözünürlükte özellik boyutlarına sahip nanoyapılar üretmemiz gerekiyor. Ancak bu şekilde, görünür ışığı manipüle edebilecek yapıyı tam olarak oluşturabiliriz,” diyor eski MIT doktora sonrası araştırmacısı Quansan Yang, şimdi Washington Üniversitesi'nde yardımcı doçent ve yeni çalışmanın baş yazarlarından biri.
Araştırmacılar, makalelerinde basit bir rakam sınıflandırma görevini yerine getirebilen bir fotonik cihazı gösterdiler, ancak gelecekteki versiyonların yüksek hızlı görüntüleme ve bilgi işleme için kullanılabileceğini belirtiyorlar.
Eski MIT doktora sonrası araştırmacısı Gaojie Yang, bugün Nature Photonics dergisinde yayımlanan makalenin eş baş yazarıdır. Makalenin kıdemli yazarları, MIT Lazer Biyomedikal Araştırma Merkezi (LBCR) direktörü ve MIT biyomühendislik ve makine mühendisliği profesörü Peter So ile MIT'de Nöroteknoloji Y. Eva Tan Profesörü ve biyomühendislik, medya sanatları ve bilimleri ile beyin ve bilişsel bilimler profesörü Edward Boyden'dır. Boyden ayrıca Howard Hughes Tıp Enstitüsü araştırmacısı ve MIT'nin McGovern Beyin Araştırmaları Enstitüsü, Yang Tan Kolektifi ve Koch Entegre Kanser Araştırmaları Enstitüsü üyesidir.
Nanoskalada özellik boyutları
Işığı ileten ve manipüle eden fotonik cihazlar, enerji verimli bir alternatif sunabilecek optik bilgisayar çipleri olarak kullanılma potansiyeline sahiptir. Ancak mevcut 3D fotonik cihazlar oluşturma teknikleri, görünür ışığı yönlendirmek için gereken 100 nanometre çözünürlüğe henüz ulaşamamıştır; görünür ışığın dalga boyları 380 ile 750 nanometre arasındadır.
İki fotonlu litografi olarak adlandırılan eklemeli üretim tekniğini kullanarak, araştırmacılar ışığı kullanarak 3D nanoskalada özellikler oluşturabilirler, ancak bu çözünürlük 100 nanometreden büyüktür. Elektron ışını litografisi olarak bilinen başka bir teknik, silikon çip üzerine daha küçük çözünürlükte özellikler kazımak için kullanılabilir, ancak 3D yapılar oluşturmaz.
Gerekli özellik boyutlarına sahip 3D cihazlar yapmak için, araştırmacılar 2018'de Boyden'in laboratuvarı tarafından geliştirilen “patlama üretimi” kavramını genişleterek “patlama oymacılığı” adında yeni bir varyant oluşturdu. Patlama oymacılığında, bir lazer, hidrojel malzemesinin çıkarıldığı tam hedeflenmiş noktalarda boşluklar - küçük boşluklar - oluşturur. Bu boşluklar, çevresindeki hidrojelden farklı optik özellikler sergiler. Daha sonra hidrojel, desenli özellikleri nanoskalaya indirmek için küçültülür.
Oymacılık süreci, hidrojelin bir fotosensitizer boya içinde bekletilmesiyle başlar. Ardından, araştırmacılar, jelin belirli yerlerinde fotosensitizer'ı uyarmak için bir lazer kullanır; bu da hidrojelin bağlarını kesen reaktif oksijen türlerini üretir. Bu, o noktada bir boşluk oluşturur.
İstenen boşluk deseni hidrojelin içine kazındıktan sonra, araştırmacılar onu iki aşamalı bir süreçle küçültür. İlk olarak, onu iyonlar içeren bir çözeltide bekletirler; bu, her boyutta yaklaşık on kat küçülmesine neden olur. Biraz daha küçültmek ve sulu çözeltinin çıkarılması için, hidrojel daha sonra zarar vermeden bir jelden sıvı çıkarabilen süper kritik kurut
