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13. Januar 2023 Dies

13. Januar 2023

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von Light Publishing Center, Changchun Institut für Optik, Feinmechanik und Physik, CAS

Ein auf Doppelbrechung basierender Lichtmodulator, der im Wellenlängenbereich von < 350 nm arbeitet, spielt eine entscheidende Rolle bei der DUV-Strahlformung, der Datenspeicherung mit hoher Dichte, der Halbleiter-Mikro-Nano-Verarbeitung und der Fotolithographie. Tatsächlich wurde auf diese Weise eine Reihe doppelbrechender DUV-Materialien hergestellt und kommerziell genutzt, darunter Einkristalle aus α-BBO, MgF2, Ca(BO2)2 und α-SnF2. Diese doppelbrechenden Elemente weisen jedoch eine feste Doppelbrechung auf, was ihre Fähigkeit zur kontinuierlichen Lichtmodulation einschränkt.

Flüssigkristalle (LCs) sind eine weitere Art doppelbrechender Materialien, deren Doppelbrechung über die molekulare Ausrichtung durch externe elektrische oder magnetische Reize einstellbar ist. Bisher basieren die üblicherweise verwendeten LCs hauptsächlich auf organischen Molekülen oder Polymeren, die aufgrund photochemischer Abbaueffekte unter DUV-Licht nicht stabil sind. Mittlerweile kann DUV in einigen organischen Gruppen auch freie Radikale induzieren und deren Polymerisation initiieren, was die Ausrichtung und die daraus resultierende Doppelbrechung von LC stört. Daher kann organisches LC DUV-Licht nicht modulieren.

In einem neuen Artikel, der in Light Science & Application veröffentlicht wurde, berichten drei Wissenschaftlerteams unter der Leitung von Professor Hui-Ming Cheng und außerordentlichem Professor Baofu Ding vom Shenzhen Institute of Advanced Technology, CAS, Professor Wei Cai vom Xi'an Research Institute of High Technology, Professor Bilu Liu von der Tsinghua-Universität, China, synthetisierte kooperativ zweidimensionales (2D) anorganisches kobaltdotiertes Titanat (CTO) LC mithilfe einer nasschemischen Methode. Der 2D-LC verfügt über eine große magnetische und optische Anisotropie sowie eine hohe Durchlässigkeit von > 70 % bei der Wellenlänge von 300–350 nm, was die übertragene DUV-Modulation auf magnetische und tragbare Weise ermöglicht (Abb. 1).

Abb. 2 fasst die gewünschte Leistung des 2D-CTO-LC-basierten DUV-Modulators zusammen, die sich in seiner guten Reversibilität, schnellen Reaktion im Millisekundenbereich, ausgezeichneter Haltbarkeit und DUV-Stabilität zeigt.

Der magneto-doppelbrechende Effekt von 2D-CTO-LC ermöglicht die Anwendbarkeit bei der Herstellung flexibler doppelbrechender optischer DUV-Hydrogele. Durch Zugabe einer kleinen Menge Monomer und Photoinitiator zur 2D-CTO-Suspension wurde durch UV-Härtung unter Einwirkung eines Magnetfelds ein doppelbrechendes DUV-Hydrogel hergestellt.

Sobald die Hydrogelierung abgeschlossen ist, können die magnetisch ausgerichteten 2D-CTO-Nanoblätter im Hydrogel fixiert werden und alle ihre Längsachsen parallel zueinander verlaufen, auch nach Entfernung des Magnetfelds. Das CTO-Hydrogel kann als transparenter mechanooptischer Kristall dienen, durch den das DUV-Licht ohne Richtungsänderung auf mechanische Weise in situ moduliert werden kann (Abb. 3). Das auf 2D-CTO basierende Hydrogel ist das erste durch Doppelbrechung abstimmbare Element, das das DUV-Licht kontinuierlich auf mechanische Weise abstimmen kann.

Diese Arbeit könnte durch Doppelbrechung abstimmbare Optiken, die derzeit im sichtbaren und infraroten Bereich verwendet werden, auf den DUV-Bereich erweitern, der für die Datenspeicherung mit hoher Dichte, die Mikro-Nano-Halbleiterverarbeitung und die Fotolithographie wichtig ist.

Mehr Informationen: Youan DOI: 10.1038/s41377-022-00991-6

Zeitschrifteninformationen:Licht: Wissenschaft und Anwendungen

Bereitgestellt vom Light Publishing Center, Changchun Institute of Optics, Fine Mechanics And Physics, CAS