Толщина золота имеет значение
Толщина золота имеет значение

В МФТИ изготовлены сверхтонкие золотые плёнки и исследованы их свойства

Исследователи из МФТИ разработали технологию получения уникальных по качеству наноплёнок золота, а также измерили и выложили в открытый доступ все необходимые для этого константы.

Для создания таких плёнок учёные использовали метод электронно-лучевого испарения. Делается это так. Подложку из очищенного кремния помещают в вакуумную систему. Напротив неё помещают ёмкость, в которой находятся куски металла, в нашем случае — золота.

На куски металла направляют пучок электронов, ускоренный электрическим полем - он быстро разогревает золото до жидкого состояния. Частицы золотых испарений летят в сторону подложки, оседают на ней и становятся твёрдыми.

«Если поддерживать высокий вакуум, правильно прогревать металл и соблюдать все необходимые режимы, такой метод будет давать плёнки любой нужной толщины (в зависимости от времени испарения), а сами плёнки будут получаться практически идеально гладкими, с шероховатостью меньше нанометра (1 нанометр – одна миллиардная метра), — прокомментировал своё исследование заведующий лабораторией Нанооптики и плазмоники МФТИ Валентин Волков.

Мы продемонстрировали, что в России существуют технологии получения высококачественных тонких металлических плёнок с рекордными оптическими свойствами, которые могут использоваться в оптике и оптоэлектронике: при создании чувствительных и компактных биосенсоров, солнечных батарей, широкодиапазонных фотодетекторов и оптоэлектронных компонентов для вычислительных систем».

Подобные золотые плёнки толщиной около 40 нм уже используются для создания высокочувствительных биосенсоров. Ещё более тонкие металлические плёнки — толщиной менее 10 нм — могут быть не только проводящими, но вдобавок прозрачными и гибкими элементами таких приборов.

Золото - наиболее широко используемый металл в наноразмерных приборах. Именно оно чаще всего используется в виде сверхтонких плёнок или изготовленных из него наноструктур. Однако для разработки и оптимизации приборов необходимы точные данные по оптическим свойствам таких плёнок.

В большинстве случаев исследователи используют табличные данные из работ, опубликованных почти полвека назад. Одной из самых популярных статей по оптическим константам золота до сих пор является "Optical constants of the noble metals" P. B. Johnson and R. W. Christy из далёкого 1972 года.

Согласно библиографической базе данных Scopus, справочные константы из неё использовались по меньшей мере в 10 000 научных публикаций! Работы тех лет по оптическим свойствам тонких металлических плёнок можно считать подвигом, так как трудоёмкие экспериментальные исследования, требующие сложных расчётов, проводились в докомпьютерную эпоху.
 

Современные приборы и практически безграничные возможности вычислительной техники позволяют проводить более детальные исследования. При этом известно, что оптические свойства таких плёнок, а, следовательно, и эффективность работы устройств, в которых они используются, зависят от многих факторов — толщины плёнки, скорости осаждения и температуры подложки, на которую осаждается плёнка. Учёные из МФТИ подобрали оптимальные начальные условия (скорость осаждения и температуру подложки) для получения наилучших оптических свойств.

Далее при помощи спектральной эллипсометрии, рентгеновской дифрактометрии, электронной и атомно-силовой микроскопии были проведены необходимые измерения. Полученные результаты позволили детально изучить, как свойства тонких плёнок золота связаны с их структурой и средним размером зёрен.

Структура оказывает большое влияние на физические свойства, поскольку электроны проводимости рассеиваются на границах зёрен, подобно тому, как шарик в пинболе теряет свою энергию на различных препятствиях.

В ходе исследований учёными МФТИ были выполнены точные измерения диэлектрических (оптических) констант изготовленных ими сверхтонких плёнок золота. Оказалось, что оптические потери, а также удельное сопротивление постоянного тока у золота значительно увеличиваются при толщине плёнки менее 80 нм.

Авторами представлены справочные данные по оптическим константам золота для широкого диапазона длин волн — от 300 до 2000 нм — для плёнок толщиной от 20 до 200 нм, когда плёнки можно считать объёмными.

Работа опубликована в журнале Optics Express.

В естественные науки теперь можно поиграть! Далее в рубрике В естественные науки теперь можно поиграть!В интернете стартовала увлекательная он-лайн игра от компании Bayer

Комментарии

Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
Читайте самое важное в вашей ленте
Подпишитесь на «Русскую планету» в социальных сетях и читайте наиболее актуальные материалы
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»