Sfruttare la luce ultravioletta estrema in piccoli dispositivi
Il progetto X-PIC(si apre in una nuova finestra), finanziato dall’UE, ha esplorato l’estensione della fotonica integrata in una regione spettrale mai sfruttata prima, tra l’ultravioletto estremo (EUV) - un tipo di luce che si colloca al di là dell’ultravioletto - e i raggi X morbidi che si collocano proprio accanto all’EUV. La luce EUV ha lunghezze d’onda da decine a centinaia di volte più brevi rispetto alla luce visibile. «La tecnologia esistente non funziona in questa regione, poiché la materia assorbe prontamente la luce oltre i cento nanometri, ovvero circa un millesimo del diametro di un capello umano», spiega Salvatore Stagira(si apre in una nuova finestra), professore di fisica sperimentale al Politecnico di Milano, in Italia, che ha coordinato il progetto. «Tuttavia, questa regione spettrale è molto interessante perché consente applicazioni di imaging con una risoluzione spaziale estremamente elevata, come richiesto oggi dai moderni processi di produzione della microelettronica». In questa regione è possibile generare gli eventi artificiali più brevi, gli impulsi di luce di attosecondi, il campo che sta alla base del Premio Nobel per la Fisica 2023 e che esplora i processi estremamente veloci nella materia. Questi impulsi sono brevi come pochi milionesimi di miliardesimo di secondo. La fotonica integrata EUV combina tutte le capacità sopra citate in un dispositivo compatto e miniaturizzato.
Tecnologia fotonica rivoluzionaria
Il team X-PIC ha dimostrato che è possibile generare e manipolare impulsi di luce coerente nella regione spettrale EUV in una piattaforma miniaturizzata. Questo risultato è stato ottenuto in una piccola lastra di silice fusa utilizzando una tecnica chiamata irradiazione laser a femtosecondi seguita da incisione chimica (FLICE). Poiché la luce EUV non può attraversare la maggior parte dei materiali solidi, l’idea principale è stata quella di guidarla attraverso un canale vuoto, con un diametro paragonabile a quello di un capello umano, tramite la tecnica FLICE. All’interno di questo canale, un impulso di luce EUV è generato dall’interazione di un impulso laser IR intenso e ultracorto con un gas che lo attraversa. Il dispositivo comprende una rete di canali microfluidici che alimentano il canale principale con il gas. L’estrema flessibilità della tecnica FLICE consente di realizzare nel dispositivo complesse strutture vuote tridimensionali. L’impulso EUV può quindi essere separato dall’impulso laser IR attraverso ulteriori canali vuoti. Infine, può essere sfruttato sia all’interno del dispositivo che all’esterno, a seconda dell’applicazione.
Verso lo sviluppo di dispositivi più complessi
L’autore afferma che il principale vantaggio di questo risultato è la dimostrazione di una tecnologia che consente di miniaturizzare un’intera linea di fascio EUV all’interno di un piccolo dispositivo lungo pochi millimetri, mentre le normali linee di fascio EUV ingombranti si estendono per diversi metri. La linea di fascio è il sistema che genera, trasporta, modella e distribuisce la luce EUV. A breve termine, ciò avrà un impatto soprattutto sulle applicazioni che riguardano la spettroscopia risolta nel tempo(si apre in una nuova finestra). Sono previste applicazioni a lungo termine nella metrologia EUV, elettronica(si apre in una nuova finestra) (fotolitografia), imaging e ottica quantistica EUV. «Il progetto X-PIC ha unito due tecnologie distinte: l’approccio lab-on-chip, in cui funzionalità complesse vengono eseguite in un dispositivo molto piccolo, e la generazione di impulsi di luce EUV coerenti fino al regime degli attosecondi», conclude il ricercatore. «Di conseguenza, la fotonica integrata sta entrando in un nuovo regno».
