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LBNL、光ファイバ先端にナノスケールイメージングプローブプリント

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November, 10, 2017, Belfast--ローレンスバークリー国立研究所(LBNL)の研究チームは、スピードと並外れた精度を統合し、ガラスファイバ先端にナノスケールイメージングプローブをプリントする方法を開発した。これにより、有望な新デバイスの製造は月に数個から1日に数個に加速される。
 高スループット製造技術は、このデバイスとともに他のナノ光学構造の普及ににもチャンスを与える。このような構造では、従来のオプティクスでは達成できない方法で光を押し込み操作する。ナノオプティクスは、イメージング、センシング、分光で利用される潜在力があり、また太陽電池の改善、よりすぐれた薬剤のデザイン、半導体の高速化に寄与する。しかし、その技術の商用化の大きな障害は、その製造工程に時間がかかることである。
 ナノインプリンティングという新しい製造法は、このボトルネックを解消する。この技術は、DOEのバークリーラボにあるMolecular Foundryの研究チームが、カリフォルニア州のaBeam Technologiesの研究者と協力して開発した。研究成果は、Scientific Reportsに発表されている。
 この成果は、4年前にMolecular Foundryの研究チームが開発したCampanileプローブに基づいている。テーパー状の四辺形状は、UCバークリーキャンパスのCampanile時計塔に似ている。プローブは、ファイバ先端にマウントされており、光の強いビームを現在のオプティクスで可能なよりも遙かに小さなスポットに集光する。これにより、物質の平均的化学成分をマッピングするだけの従来の分光学よりも100倍優れた解像度の分光イメージングが可能になる。
 対照的に、Campanileプローブは、ナノ粒子や他の物質を分子毎にイメージングすることができる。研究者は、それを使って、例えばナノワイヤの微小欠陥を調べ、より効率的な太陽電池に利用するためにナノワイヤを改善する新たな方法に行き着くことができる。
 しかし、Campanileプローブの製造は科学の一部、技術の一部である。同じことを他のナノ光学デバイス、例えば微細レンズや、一つの光ビームを複数に分けるビームスプリッタにも適用する。これらのデバイスは、細いファイバ先端にサブ100ナノメートルスケールで3D形状にフライス削りする必要がある。これは、ウエハのような平坦な表面にナノ構造を造るよりもはるかに難しい。
 ナノファブリケーションファシリティディレクター、Stefano Cabriniによると、同氏が最初にイオンビームでCampanileプローブを造ったとき、約1ヶ月かかった。そのペースでは、ナノ光学デバイスは普及しない。 
 ファイバナノインプリントでは、最初のステップは、プリントしたいナノ光学デバイスの精密寸法のモールドを造る。Campanileプローブでは、プローブのナノスケール特徴のモールドである。モールドには、四辺と発光する70nm幅ギャップがピラミッドの先端にある。
 aBeam TechnologiesのKeiko Munechitaの説明によると、モールド作製に数週間かかるが、1個だけ造れば、あとはプリントすればよい。
 作製したモールドに特殊レジンを満たし、それを光ファイバの先端に位置決めする。赤外光をファイバを通して送り、これにより研究者は、光ファイバに対するモールドの正確なアライメントを計測する。全てをチェックし、UV光をファイバを通して送り、レジンを固める。最後のメタライズステップは、プローブの側面を金層で被覆する。結果は、素早くプリントされたCampanileプローブである。慎重に削る必要はない。
(詳細は、www.lbl.gov)