Lepsze kompozyty szklane dzięki nanostrukturyzacji
Nanokompozyty szklano-metalowe mają liczne zalety z punktu widzenia tworzenia nowatorskich materiałów do zastosowań w fotonice i optoelektronice. Poza rezonansem w świetle widzialnym i bliskiej podczerwieni wykazują one również bardzo szybkie i silne optyczne reakcje nieliniowe. Kompatybilność z układami fotonicznymi i elektronicznymi dodatkowo ułatwia używanie ich w różnorodnych zastosowaniach. Badacze pracujący przy projekcie NANOCOM (Nanostructured composite materials) zastosowali nanostrukturyzację kompozytów szklanych do tworzenia nowatorskich materiałów dla potrzeb fotoniki. Wykonane działania dotyczyły między innymi modelowania, wytwarzania i charakteryzowania nanokompozytów o strukturach submikronowych, wytwarzania bimetalicznych nanokompozytów szklano-metalowych i modyfikowania materiałów z użyciem pól elektrycznych. Rozpoczęto od opracowania modeli opisujących procesy fizyczne i chemiczne występujące podczas powstawania nanokompozytów szklano-metalowych. Uzyskano w ten sposób opisy ilościowe reaktywnej dyfuzji metali podatnych na redukcję i substancji redukujących (wodoru) w szkłach. Analizując wytworzone bimetaliczne nanokompozyty szklano-metalowe zawierające miedź i srebro, zauważono, że nanocząsteczki miedzi tworzą się bliżej powierzchni szklanej płytki niż nanocząsteczki srebra. Otwiera to drogę do projektowania struktur warstwowych o okresowości submikronowej, mogących znaleźć zastosowanie w układach całkowicie optycznych. Poza doświadczalnym potwierdzeniem teorii rozpuszczania wspomaganego polem elektrycznym (EFAD) wyjaśniającej mechanizmy modyfikacji szkła i powstawania w nim nanostruktur badacze opracowali modele pokrewne opisujące zachowania szkła. Uzyskane wyniki wskazują nowe kierunki używania szkła do wytwarzania układów fotonicznych i optoelektronicznych. Zjawisko powstawania na powierzchni szkła warstw metalu o strukturze wyspowej wykorzystano do wytwarzania siatek jedno- i dwuwymiarowych poprzez wymuszanie biegunowości z użyciem elektrody szklano-węglowej o nanostrukturze. Wyniki znajdą zastosowanie w tworzeniu czujników i układów plazmonicznych. Badacze dowiedli też możliwości kontrolowania reakcji nieliniowych materiału poprzez odpowiednią zmianę wielkości nanocząsteczek. Opracowano trzy różne podejścia, stosując między innymi metodę EFAD do wytwarzania szklano-metalowych elementów nanofotonicznych. Wykazano, że używane techniki nanostrukturyzacji pozwalają uzyskiwać struktury wielkości nawet 150 nm o różnych stopniach dwójłomności i dwubarwności. Opracowane techniki zastosowano następnie do wytwarzania jedno- i dwuwymiarowych siatek dyfrakcyjnych. Siatki wykonane metodą wytrawiania jonami reaktywnymi okazały się skutecznie kontrolować reakcję nieliniową struktury. Wynik ten wspomoże tworzenie przyszłych układów fotonicznych i nieliniowych układów optycznych wymagających odwracalnej absorpcji nasyconej w wybranych zakresach widmowych. Nowo opracowane materiały nanokompozytowe z projektu NANOCOM pozwolą poszerzyć możliwości przyszłych układów fotonicznych. Wyniki projektu upowszechniano na 50 konferencjach i poprzez 36 publikacji w pismach naukowych.
Słowa kluczowe
Nanostrukturyzacja, nanokompozyty szklano-metalowe, fotonika, optoelektronika, układy plazmoniczne
