Использование электронно-лучевой литографии (electron-beam lithography, EBL) по отношению к специальным чувствительным материалам является одним из основных методов производства в современных нанотехнологиях. Когда размеры элементов материалов со сложной структурой (метаматериалов) уменьшается и переходит с макроуровня на наноуровень, до уровня отдельных молекул и атомов, свойства материала, такие, как химическая активность, удельная электро- и теплопроводность, уровень взаимодействия со светом резко изменяются.
Существующие технологии электронной литографии обеспечивают производство материалов с размерами элементов их структуры порядка 10-20 нанометров. Методы, которые позволяют получить еще меньшие размеры элементов, требуют наличия ряда специфических условий, что резко ограничивает область их практического применения или кардинально увеличивает время обработки материала.
Именно поэтому ученые все время продолжают поиски новых технологий, способных перешагнуть нанометровый барьер при производстве метаматериалов. И серьезных успехов в этом деле удалось добиться группе из Центра функциональных наноматериалов (Center for Functional Nanomaterials, CFN) Национальной лаборатории Брукхейвена (Brookhaven National Laboratory). Для реализации технологии электронно-лучевой литографии они использовали просвечивающий электронный микроскоп, луч которого был направлен на пленку из поли- метакрулата метила (poly(methyl methacrylate), PMMA).
Помимо использования электронного микроскопа, ученые использовали так называемый "генератор образов", электронную систему, перемещающую электронный луч, сфокусированный до размера в несколько атомов, строго по контуру объекта, рассчитанного при помощи специализированного программного обеспечения. В результате использования всего перечисленного выше ученым удалось создать материал со сложной структурой, элементы которой имели размер в 1 нанометр при расстоянии между отдельными элементами в 11 нанометров. Это можно считать своего рода рекордом плотности элементов, который составил около одного триллиона на квадратный сантиметр.
"Мы превратили инструмент съемки в инструмент рисования, которые стал способен не только получать снимки с атомарной разрешающей способностью, но и создавать структуры с такой же разрешающей способностью" - рассказывает Аарон Стайн (Aaron Stein), старший научный сотрудник CFN.
Измерения, проведенные по отношению к образцам созданного сложного материала, показывают почти 200-процентное сокращение размеров элемента (с 5 до 1.7 нанометра) и 100-процентное увеличение плотности элементов (от 0.4 до 0.8 триллиона образов на квадратный сантиметр), а интервал между элементами был сокращен с 16 до 11 нанометров по сравнению с образцами материалов, созданными ранее при помощи других технологий.
В своей дальнейшей работе ученые планируют использовать новую технологию для изучения свойств сложных материалов, имеющих нанометровые размеры элементов их структуры. В первую очередь подопытным материалом станет кремниевый полупроводник, электронные и оптические свойства которого должны кардинально измениться при переходе на субнанометровый уровень.
