El uso de rayos láser para inscribir los patrones de los microchips

Published on May 13, 2010 at 2:35 AM

Investigadores de todo el mundo presentarán los últimos avances en electro-óptica, los desarrollos innovadores en la ciencia con láser, y las aplicaciones comerciales de la fotónica en la Conferencia de 2010 sobre Láseres y Electrónica Electro-Optics/Quantum y Laser Science Conference (CLEO / QELS) 16 de mayo a 21 en el San Jose McEnery Convention Center en San Jose, California.

Reseña de la investigación de la Reunión:

  • Más brillantes de rayos-X de la máquina de sondeos Mundial de las moléculas
  • Un solo ciclo de pulsos de luz infrarroja
  • Utilizando la luz para inscribir diminutas piezas de plástico a nanoescala
  • Láser de refrigeración de los sólidos de sensores sensibles
  • Ajustable Terahertz Laser alambre
  • Aceleración de banda ancha de Espectroscopía
  • CLEO / QELS Sesiones Plenarias

BRIGHTEST máquina de rayos X en las sondas MUNDO MOLÉCULAS
El Stanford Linear Accelerator Center (SLAC), duración de la conservación de la física de partículas, también es un gran laboratorio para la realización de experimentos en campos como la biología y la medicina. El equipo de la aceleración de electrones se ha adaptado a lo largo de los últimos años para crear algo conocido como la fuente de luz coherente Linac (LCLS), que produce cortos de rayos X millones de pulsos de veces más brillante que los actuales creadas por otros instrumentos.

El LCLS es el más brillante de la máquina de rayos X en el mundo de las energías en los que opera - con energías de fotones en el "de rayos X duros" región y la intensidad del haz muy alto de 10 ^ 18 vatios por centímetro cuadrado. A estas energías, la máquina LCLS puede servir como un microscopio excelente para ver la materia a escala de los átomos, y los biólogos, químicos y físicos han estado dispuestos a hacer exactamente eso. También actúa como un cuchillo, ya que puede comparar los electrones de los átomos y las moléculas de los padres, incluso aquellos acurrucados muy cerca del núcleo.

En funcionamiento el pasado otoño, los primeros resultados experimentales de la LCLS están comenzando a aparecer en las reuniones científicas. En San José, Li Fang de Western Michigan University se informe sobre cómo el LCLS poderosos rayos X se puede utilizar para quitar electrones de una molécula de nitrógeno. Dice que en el caso extremo, los átomos de nitrógeno se detectaron a partir de la cual todos los electrones se habían retirado. Esto hace que la molécula se disocian rápidamente. Los electrones arrancados, que puede detectar detectores cercanos y la medida, permiten a los investigadores a calcular la energía de enlace dentro de la molécula original. En futuros experimentos, cada vez más estas mediciones darán experimentadores una evaluación más precisa de moléculas grandes, especialmente bio-moléculas.



De un solo ciclo pulsos de luz infrarrojo
Un pulso de luz tiene normalmente muchos ciclos de problemas diferentes campos eléctricos y magnéticos. Mediante el uso de fibras especiales, prismas y materiales ópticos, un pulso de luz puede ser comprimido hasta la duración temporal muy corto, incluso tan corto como un solo ciclo (sólo una longitud de onda completa de la radiación).

Una razón importante para querer más cortos pulsos de luz es que más datos pueden ser codificados dentro de una señal que dura un cierto intervalo de tiempo. Pulsos más cortos permitiría disponer de más datos que se envían por una fibra óptica, por ejemplo. Otro uso importante de científicos de pulsos muy cortos es que pueden servir como una iluminación estroboscópica para hacer películas de los fenómenos de muy corta vida, tales como el movimiento y las interacciones de las moléculas.

Científicos de la Universidad de Konstanz en Alemania son los primeros en informar la creación de un solo pulso del ciclo tan corto como 4,3 femtosegundos en la región infrarroja de la luz (que es el tipo fundamental de la luz para aplicaciones de comunicaciones) en torno a 1,3 micrones de longitud de onda. Guenther Krauss, quien trabaja con Alfred Leitenstorfer en el Departamento de Física, dice que otra distinción de la luz es que tiene la frecuencia más alta jamás alcanzada por los impulsos de un solo ciclo.

Con estos pulsos de luz corta, la velocidad de transmisión de datos para aplicaciones como el Internet puede llegar a velocidades de 100 terabits por segundo, dice Krauss. Además, el femtosegundos (10 ^ -15 segundos) pulsos creado en los experimentos actuales podrían servir de semilla para la toma de pulsos aún más cortos en el attosegundos (10 ^ -18 segundos) de dominio.



Utilizar la luz para TINY INSCRIPCIÓN DE PIEZAS DE PLÁSTICO NanoScale
Uno de los mayores obstáculos en la microscopía y de micro-fabricación es el límite de difracción llamada. Esta ley fundamental dice que la resolución (o nitidez) de una imagen no puede ser mejor que aproximadamente la mitad de la longitud de onda de las ondas de luz que se utiliza para producirlo. Del mismo modo, cuando la luz se utiliza para inscribir los patrones de los microchips - un proceso estándar conocido como litografía - estas características no puede conseguir mucho más estrecho que alrededor de un cuarto de la longitud de onda de la luz.

Ahora los científicos de la Universidad de Maryland han llevado a este límite, el logro de características patrón con un tamaño tan pequeño como una vigésima parte de la longitud de onda.

Lo hacen mediante un uso inteligente de los dos rayos láser de carreras a través de una solución de polímero. Un rayo provoca la polimerización (moléculas largas comienzan a unirse en moléculas aún más), mientras que el otro haz convierte el proceso de apagado. Polimerización de pilares muy estrecha - mucho menor que la longitud de onda de la luz - se produce en una pequeña región de superposición entre las vigas.

El líder de este esfuerzo, John Fourkas, dice que el tamaño de las estructuras de polímero diminuto, probablemente representa la fracción más pequeña de la longitud de onda de la radiación entrante jamás realizado en el laboratorio.

Una de las estructuras hechas en el laboratorio de Maryland es una esfera-como después de sólo 40 nanómetros de alto (cerca de un millón de veces menor que la longitud de un guión de 12 puntos "-"). Si las estructuras de polímero podría ser llevar a cabo, entonces podría ser utilizado en la fabricación de microchips. Lo más probable es Fourkas dice, son las aplicaciones en el área de la bioquímica. Dado que las estructuras de polímeros son mucho más pequeñas que las células típicas, podrían ser utilizados para estudiar la función celular. Por ejemplo, las células se podría hacer para "caminar sobre" las estructuras, que podrían ser utilizados para provocar una reacción química o biológica de la célula.

Además, las estructuras de polímeros pequeños podrían ser útiles en adhesivos o canales en los chips de microfluidos - pequeñas plataformas en las que las reacciones químicas pueden llevarse a cabo con nano-litro lotes de líquidos.



Enfriamiento por láser de sólidos para sensores sensibles
Los sensores que permiten a los satélites para realizar mediciones son más felices cuando están fríos. Las bombas mecánicas a bordo de mantener los elementos sensores semiconductores a temperaturas de cientos de grados bajo cero. Sin embargo, estas bombas criogénicas también producen vibraciones ruidosas que interfieren con la recopilación de datos por los sensores sensibles.

Mansoor Sheik-Bahae de la Universidad de Nuevo México y sus colegas están desarrollando una técnica para enfriar las cargas de los semiconductores que utilizan un sin vibraciones tecnología de estado sólido: enfriamiento por láser, que se ha utilizado tradicionalmente para bajar la temperatura de los gases diluidos, pero también puede fresco sólidos transparentes dopados con iones de tierras raras por expulsar a los fotones energéticos (o la conversión a la fluorescencia). En enero, el grupo estableció un récord por el enfriamiento de un cristal hasta 155 grados Kelvin, la investigación publicada en Nature Photonics. En la próxima reunión de CLEO, Denis Seletskiy, el autor principal y un estudiante de posgrado del grupo, se describe un nuevo experimento en el que se redujo la temperatura de una carga de semiconductores GaAs abajo a 165 grados Kelvin, una temperatura útil para algunos tipos de detectores .

"Esta es la única tecnología de estado sólido que pueden alcanzar estas temperaturas, las más frías que las de semiconductores se ha hecho sin el uso de criógenos y / o refrigeración mecánica", dice el jeque-Bahae.

Además de reducir las vibraciones, esta técnica de refrigeración óptica ofrece una serie de otras ventajas técnicas. El láser puede ser guiado a través de una fibra óptica a la cabeza de enfriamiento ligero conveniente para los sensores montados en cardanes delicado. También podría ser utilizada para enfriar de forma selectiva las áreas pequeñas de componentes demasiado pequeño para otras tecnologías de enfriamiento para atacar selectivamente.

"Nuestro objetivo es tratar de conseguir más y más frío, para llegar a 123 Kelvin - el NIST-definidos estándar para criogénicos - y luego al lado de 77 grados Kelvin, la temperatura de ebullición del nitrógeno líquido", dice el jeque-Bahae. "Con el láser derecho y el poder de la derecha, sabemos que podemos llegar a 120 grados Kelvin."

"El ejército de EE.UU. está interesado en la aplicación de esta nueva investigación", dice el jeque-Bahae. "Esto es muy emocionante, ya que es un campo joven y más investigación todavía queda mucho por hacer en paralelo a la transición de los componentes a la industria madura. A largo plazo, la aplicación de esta tecnología para enfriar dispositivos superconductores también es muy tentador".


TUNABLE TeraHertz LASER DE ALAMBRE
Terahertz (THz), la radiación es una de las áreas más calientes de la investigación de la física moderna. Esto se debe a las ondas de THz luz o rayos-T, como se llaman a veces, tienen un gran potencial para la espectroscopia y para la digitalización de objetos en un entorno de seguridad nacional que son opacos a la luz infrarroja y visible.

El problema es que las ondas de luz THz - que caen en el rango de 0,3 hasta 10 billón de ciclos por segundo o, equivalentemente, longitudes de onda de alrededor de 30 a 1000 micrones - son difíciles de hacer con los medios tradicionales. Ahora los científicos del MIT han combinado varias tecnologías para obtener una fuente de luz versátil THz.

Comienzan con un láser de cascada cuántica (QCL) del dispositivo, que difiere fundamentalmente de un láser de semiconductor tradicional. En la mayoría de los láseres tradicionales, la luz proviene de la recombinación de un electrón con un hueco (una vacante en el material circundante semiconductores). Sin embargo, en un dispositivo QCL, la luz viene de la transición de un electrón a una sucesión de niveles de energía cada vez más bajos en una serie de capas en una estructura de sándwich al estilo de capas delgadas de semiconductores.

Este tipo de láser tiene una propiedad única: un electrón (que se mueve a través de las capas) provoca la liberación de fotones. La energía de la luz emitida del dispositivo se puede cambiar modificando el espesor de las capas.

Inversión de población se proporciona en un rango de energías proporcionada por los niveles de energía en cascada descrito anteriormente con la energía o la selección de longitud de onda bien proporcionada por la cavidad del láser. En el enfoque del MIT, el ajuste se logra cambiando el ancho del haz de luz láser (y por lo tanto la cavidad) controlando con precisión la distancia entre el material del bloque especialmente diseñado y el láser. Esta técnica es similar a cambiar el tono de una cuerda de guitarra, cambiando su diámetro. En este caso, la guía de onda de láser es mucho más estrecho que la longitud de onda de la luz, por lo tanto, la descripción de esta instalación como un "cable" con láser.

Qin Qi, del MIT, dice que su láser de cascada se puede ajustar de forma continua y controlada para producir la radiación de terahercios en un amplio rango. "En la actualidad, este es el único mecanismo viable para lograr el ajuste continuo de amplio terahertz cascada cuántica láser", dice el portavoz.



Aceleración BANDA ANCHA ESPECTROSCOPIA
Espectroscopia, o la medición integral de las emisiones de luz procedente de un objeto, es la piedra angular de muchos estudios científicos. El espectro de una muestra - si se trata de una estrella, una solución diluida de proteína, o el aire contaminado de una calle de la ciudad - se compone de la frecuencia medida de toda la luz absorbida o emitida por la muestra, aunque a veces es difícil para medir con precisión todas las frecuencias.

Frecuencia se pueden medir con bastante precisión en la parte de radio del espectro electromagnético, donde las pulsaciones se puede contar directamente por los circuitos electrónicos. El "peine de frecuencias", enfoque, introducido hace unos años, ha revolucionado la espectroscopia por lo que permite mediciones más precisas de las frecuencias características de la luz infrarroja, visible y ultravioleta. El truco está en convertir la luz de mayor frecuencia en el rango de radio de baja frecuencia, donde las olas pueden ser objeto de medición detallada.

La palabra "peine" en el peine de frecuencias frase se refiere al hecho de que la luz que se mide se puede comparar con un láser que emite a la luz en frecuencias especiales espaciados a intervalos regulares. El espectro de este láser se parece a un peine. Esta serie de frecuencias de luz sirve como una especie de "regla" en contra de que otras señales de luz se pueden comparar.

Birgitta Bernhardt, un estudiante graduado en el Instituto Max Planck de Óptica Cuántica en Munich, presentará un informe sobre un nuevo uso de dos dispositivos de peine de frecuencias al mismo tiempo para registrar espectros de banda ancha, lo que acelera la tarea de registrar un espectro con un factor de un millón de en comparación con el tradicional espectroscopia de transformada de Fourier. Este proceso de doble peine se ha intentado antes, pero no antes de la importante región del infrarrojo medio de entre 2 y 8 micras.

A mediados de la luz infrarroja es importante para la caracterización de la estructura de la materia y de una serie de problemas de detección. "Las aplicaciones se pueden encontrar en direcciones muy diferentes", dijo Bernhardt, "que van desde la biomedicina (análisis del aliento) para la vigilancia ambiental o química analítica (pequeñas trazas de vapores tóxicos del medio ambiente y se puede detectar debido a la alta sensibilidad de la técnica de medición ), y la astrofísica de laboratorio ".

Fuente: http://www.osa.org/

Last Update: 8. October 2011 21:29

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