Физики научились настраивать рельеф алмазов, поворачивая свет

Алмазы широко используются в физике благодаря не только своим высоким механическим, но и оптическим свойствам. Так, они могут применяться в составе квантовых устройств. Однако в таком случае нужно изменить определенные участки, например, чтобы они иначе пропускали, поглощали и испускали свет. Способов сделать это достаточно много, и один из них — лазерная абляция. Сконцентрированный в одной точке луч лазера нагревает материал и буквально испаряет его, в результате получается углубление. Очень важно уметь варьировать его размеры и, следовательно, свойства  всего кристалла.

Ученые из Физического института имени П.Н. Лебедева РАН (Москва) выяснили, как влияет поляризация лазерного пучка на испарение материала с поверхности кристалла алмаза. Для этого образец облучали лазерными импульсами продолжительностью менее миллиардной доли секунды. Поляризацию излучения меняли — его пропускали через специальную пластинку, при повороте которой изменялась плоскость колебания волн. В результате лазерной обработки на поверхности кристалла появились углубления, структуру и размер которых авторы оценивали с помощью электронного микроскопа. Затем по величине получившихся кратеров рассчитывали пороговую энергию абляции — величину, описывающую то, насколько интенсивно алмаз испарялся с поверхности, что важно знать при его обработке.

Оказалось, что пороговая энергия абляции изменялась в зависимости от поляризации лазера. Соответственно, устанавливая пластинку определенным образом, можно управлять процессом испарения алмаза с поверхности. Так, удалось варьировать радиус кратеров приблизительно от 0,5 до 1,4 микрометров, то есть кратеры могли отличаться по размеру почти в три раза.

«Наш способ очень простой и доступный — полуволновая пластинка есть в любой оптической лаборатории. Просто вращая ее, мы можем оптимизировать параметры обработки, а значит, контролировать свойства создаваемых структур на поверхности алмаза. Показанная здесь лазерная абляция, зависящая от поляризации, представляет собой новое физическое явление, имеющее значение для фотохимии, физики поверхности и материаловедения, также это простой метод нано- и микроразмерной обработки алмаза. Подход ускорит разработку алмазных устройств, таких как высокоскоростная электроника и хранилища данных с высокой плотностью. В дальнейшем мы планируем применить данную технологию для записи двух- и трехмерных структур на поверхности и в объеме кристаллов», — рассказывает Георгий Красин, соавтор исследования, младший научный сотрудник Физического института имени П. Н. Лебедева РАН.