Коли фізикам з ARC Centre for Transformative Meta-Optical Systems (TMOS) знадобився ключовий компонент для терагерцових експериментів, вони зіткнулися з проблемою: крихітні оптичні пристрої, відомі як поляризатори з дротовою решіткою, коштували тисячі доларів за штуку. Тож учені вирішили виготовити їх самостійно.
Значення поляризаторів у науці та техніці
Поляризатори важливі для керування терагерцовим випромінюванням, яке лежить в основі технологій, що дають змогу бачити крізь непрозорі матеріали, як-от одяг і упаковка, без шкоди для клітин, яку можуть спричиняти рентгенівські промені. Про це повідомляє сайт phys.org.
Хоча очікується, що поляризатори стануть основою майбутніх комунікацій за межами 6G, вони вже широко використовуються у спектроскопії, візуалізації та дослідженні матеріалів. Замість того щоб витрачати тисячі доларів на такі поляризатори, дослідники вирішили перевірити, чи зможуть виготовити їх самостійно.
Використовуючи звичайний аркуш алюмінієвої кухонної фольги та наносекундний лазер із точно контрольованими імпульсами, команда виявила, що можна виточити делікатну металеву решітку прямо з фольги всього за 15 секунд — без чистих приміщень, спеціалізованих виробничих потужностей або навіть застарілих методів намотування дроту, які потребують традиційні пристрої.
Сміливий експеримент
Ідея для цієї технології виникла під час внутрішнього конкурсу TMOS «Shark Tank» минулого року, де дослідників просили представити ідеї з комерційним потенціалом.
«Ми почали думати про те, що могли б створити, аби це справді можна було перетворити на продукт», — каже Стівен Дулітл, професор з TMOS при Австралійському національному університеті. Дизайном пристрою керував аспірант Аарон Шольц, а виготовленням займався д-р Джон Сміт, обидва також із TMOS при Австралійському національному університеті.
«Це був лише наш перший експеримент із найпростішим матеріалом, який ми потім доповнили більш промисловими матеріалами, включаючи вольфрам, — каже Шольц. — Ми просто взяли кухонну алюмінієву фольгу і зробили з неї наш поляризатор. Це майже нічого не коштує».
Заміна старих технологій
Технологія запрацювала, коли команда точно визначила, як керувати параметрами лазера. Процес дуже делікатний: якщо енергії занадто багато — мікроскопічні дроти прогинаються; якщо замало — фольга не ріжеться.
Після місяців експериментів команда знайшла оптимальний режим, який дозволяв вирізати мікроскопічні металеві сітки, не руйнуючи їх. Результат — самостійний поляризатор, без підтримувального скла чи пластику під ним, який можна виготовити за секунди, а не через складні багатоступеневі процеси.
Дослідники також розробили методи створення великих пристроїв із різних металів за одну-дві хвилини.
Звичайне виробництво часто покладається або на складну літографію в дорогих чистих приміщеннях, або на точні машини, що намотують мікроскопічні вольфрамові дроти по одному.
Обидва підходи — і літографія, і намотування — дорогі та складні для масштабування.
Це лише початок
Хоча алюмінієва фольга дешева та проста в обробленні, вона недостатньо міцна для комерційних продуктів. Зараз команда експериментує з міцнішими матеріалами, такими як вольфрам і мідь, прагнучи знайти оптимальний баланс між вартістю виробництва, довговічністю та ефективністю.
«Ми розв’язали проблеми з виготовленням. — Тепер намагаємося знайти компроміс між механічною стабільністю та оптичними властивостями поляризатора».
Науковці кажуть, що їхня команда прагне зробити поляризатори не просто дешевими, а навіть кращими за ті, що існують сьогодні на ринку.
