ГИБРИДНЫЕ МЕТОДЫ 3D НАНОСТРУКТУРИРОВАНИЯ, НОВЫЕ МАТЕРИАЛЫ И СИСИТЕМЫ. Блок 1 ИФП СО РАН «Разработка методов наноструктурирования и новых наноматериалов»

Осуществлено развитие гибридных методов наноструктурирования, созданы с их помощью новые наноматериалы и системы, в том числе со свойствами, которые отсутствуют в природе. Основное внимание уделено формированию новых, в том числе интеллектуальных наноматериалов для управления ИК- и оптическим излучением. Впервые с помощью разработанного гибридного метода, объединяющего наноимпринт-литографию и каталитическое травление кремния, сформированы уникальные массивы кремниевых наностолбиков, сечение которых изменяется по заданному закону (муаровые структуры) от сечения 80 × 80 нм² до 10 × 10 нм². При этом высота столбиков может задаваться в интервале от 300 нм до 1 мкм (2,5 млрд столбиков на 1 см²). Не известны другие методы, способные создать такие структуры. Структуры представляют собой оптические фотонные кристаллы, метаматериалы. Потенциальные применения - поглотители, отражатели, поляризаторы. Созданные высокоаспектные структуры существенно расширяют возможности импринт-нанолитографии. Область применения методов не ограничивается кремнием. Также совместно с сотрудниками ИНХ СО РАН развиты технологии синтеза на плоских и трехмерных твердотельных структурах высококачественных пленок двуокиси ванадия (VO₂), испытывающих фазовый переход полупроводник - металл при нагреве до температуры 68°С, воздействии механических напряжений, импульсов света (рекордное время переключения за 26 фемтосекунд). В результате более чем 100 синтезов установлены условия формирования высококачественных пленок VO₂ (отношение сопротивлений в полупроводниковом состоянии к металлическому несколько тысяч) на 3D-структурах, на поверхностях полупроводников и металлов с различной морфологией и нанопокрытиями. Созданные структуры представляют собой основу формирования интеллектуальных материалов и приборов. Совместно с сотрудниками ИНХ СО РАН обнаружено, что обработка поверхности подложек в органических средах приводит к изменению текстуры и размера растущих зерен пленок VO₂, которые и определяют свойства пленок. Определено, что частичная обработка поверхности подложки приводит к формированию в процессе роста двух областей разных пленок VO₂ с резкой границей между ними. Например, на обработанной поливиниловым спиртом части подложки растет В-фаза VO₂, в то время как на той же самой поверхности подложки на необработанной части растет М-фаза VO₂. Ранее о таком эффекте обработки нигде в литературе не сообщалось. Использование данного эффекта позволяет расширить функциональные свойства приборов и открывает новые возможности в наноструктурировании. Рассчитаны ИК-спектры пропускания новых материалов на основе субволновых решеток с двухуровневым покрытием VO₂. Параметры структуры: период 180 нм, глубина рельефа 155 нм, ширина канавок 80 нм, толщина диоксида ванадия 50 нм. В то время как VO₂ находится в металлической фазе, структура проявляет свойства нанорешёточного поляризатора, блокируя прохождение ТЕ поляризованной волны и пропуская ТМ-волну. В диэлектрической фазе VO₂ решетка пропускает волны обеих поляризаций в диапазоне 5 - 15 мкм. Для излучения с большей длиной волны существенный вклад в спектры вносит поглощение на фононах. При увеличении толщины покрытия амплитуда резонансов возрастает. Синтезированы гибридные Si/VO₂ субволновые решетки.