Как известно многим владельцам домов, складывать дрова нужно так, чтобы в промежуток между ними могла пролезть мышь, но не кошка, гонящаяся за той мышью.

Теперь представим себе поленницу, в которой отверстия заполнили льдом, а поленья убрали – вот так выглядит новая фотонная структура, полученная исследователями из Университета Иллинойса.

Ранее получаемые фотонные структуры представляли собой «поленницы» из цельных или полых наностержней. Новая структура представляет собой германиевую матрицу с цилиндрическими каналами. Ширина оптической щели этой структуры является одной из наибольших, когда-либо достигнутых. Широкая оптическая щель означает, что прохождение света через структуру может контролироваться в более широком спектральном диапазоне. Фотонные кристаллы с широкой оптической щелью важны для многих приложений, от создания низкопороговых лазеров до высокоэффективных солнечных элементов.

Первым этапом на пути к созданию «обратных поленниц» стало изготовление полимерного шаблона с помощью автоматизированного процесса «прямой записи» (direct-write assembly). Процесс представляет собой депонирование концентрированных полимерных «чернил» в виде волокон через сопло диаметром около 1 мкм. Сопло, установленное на трёхосевом микроманипуляторе под управлением компьютера, выкладывает структуру поленницы слой за слоем до получения нужной трёхмерной структуры.

Далее структура покрывается оксидом алюминия и диоксидом кремния для утолщения волокон и увеличения поверхности их соприкосновения, а пространство между ними заполняется германием. Затем полимерный шаблон удаляется путём нагревания, а оксидное покрытие вытравливается кислотой. Так исследователи получили кусок германия размером 0.5х0.5 мм и толщиной около 15 мкм, содержащий 12-слойную сеть пересекающихся трубок и каналов.

Использование таких шаблонов открывает новые возможности для производства наноструктур. Кроме того, метод может быть использован в сочетании с другими способами производства шаблонов: лазерной записью или электронно-лучевой литографией. Структуры в виде «обратной поленницы», помимо фотоники, могут найти применение и в других областях, таких как микроэлектромеханические системы, микрофлюидные сети для диссипации тепла, биологические устройства.

Василий Артюхов