С модерен лазер създават нови материали

Доц. Анна Диковска разказва за възможностите на новото оборудване

Зина СОКОЛОВА

Нов лазер ще подпомага научните изследвания в Института по електроника на БАН. Съвременната апаратура ще се използва за разработка на мултифункционални материали. В рамките на два проекта, финансирани от Фонд „Научни изследвания“, учените от лаборатория „Микро- и нанофотоника“ ще търсят нови подходи за формиране на композитни наноструктури.
„Нашата лаборатория се занимава с взаимодействието на лазерното лъчение с веществото – казва доц. Анна Диковска, ръководител на единия от двата проекта. – Освен новия пикосекунден лазер разполагаме и с наносекунден, който също е купен със средства от ФНИ преди десетина години. С помощта на този лазер сериозно напреднахме и развихме научни направления, в основата на които е лазерната аблация. Това е физичен процес, при който мощно лазерно лъчение предизвиква изхвърляне на материал от мишена, създава се плазма, изградена от атоми, йони, клъстери и др. По този начин става възможно пренасяне на материал от мишената към подложка и при определени условия можем да създаваме от тънкослойни покрития до наноструктури или единични наночастици. Това ни дава огромно разнообразие от възможности да създадем потенциални устройства с приложение в много области – най-вече като сензори, за преобразуване на слънчевата енергия, за магнитни носители, приложения в биомедицината и др.“
Огромно предимство е, че аблацията, или взаимодействието между лазера и самото вещество, е физичен процес, подчертава доц. Диковска. Много такива структури могат да бъдат получени и посредством химични методи. Но при тях се използват химикали, голяма част от които са вредни. Те са опасни не само за хората, които работят с тях, но и при рециклиране. При процеса аблация не се използват такива материали, като резултатът са екологично чисти структури. Наночастиците, създадени по физичен начин, не съдържат остатъци от други материали, което е много сериозно предимство. Затова те биха имали приложение и в медицината.
„На основата на процеса на лазерна аблация Лабораторията работи в много направления – казва изследователката. – Едно от тях е структуриране за създаване на активни повърхности, които могат да регистрират единични молекули – тип сензори. Самият процес позволява да се работи с различни материали, няма ограничения. Може да правим от тънки покрития до структури. Методът позволява да се работи във всякаква среда – във въздух, във вода, в разтвори, в зависимост от желаното приложение. Показахме, че методът е много успешен при получаване на активни елементи за сензори, колоиди и нови оптични елементи.“
С новия пикосекунден лазер се надгражда оборудването на Лабораторията, където досега са работили с наносекунден лазер. Пикосекундният лазер позволява обработка на дадено вещество с 1000 пъти по-кратки импулси.
„В този преходен диапазон ще работи лазерът – казва доц. Диковска. – Виждаме от първите пилотни експерименти колко по-различни са ефектите при работа с пикосекундния лазер в сравнение с наносекундния.“
Институтът по електроника отскоро има още една сериозна придобивка – лазер, който работи във фемтосекунден режим, т.е. импулси с още по-кратка продължителност (ултракъси импулси). Намира се в специално пригодено помещение, тъй като за него са необходими строго определени условия на работа. Това ще позволи на учените да работят от наносекунден до фемтосекунден режим. Характерно за последния е, че при взаимодействие на лазерния лъч с веществото директно се изхвърлят наночастици. Взаимодействието на пикосекундни импулси с веществото се доближава като механизъм до това при ултракъсите импулси. В същото време е подходящ за индустриално приложение, защото не се нуждае от работна среда със специални изисквания.
Модерната апаратура е купена по два проекта, уточнява доц. Диковска. Първият е за формиране на композитни наноструктури, изградени от два оксида или от оксид и благороден метал, или само от благородни метали. Целта е да се направи сравнение на възможнос-
тите за създаване на такъв тип композитни структури в наносекунден и пикосекунден режим на работа, в търсенето на по-ефективен метод за тяхното получаване.
„Освен сравнението между двата режима на работа трябва да изследваме и физичните свойства на материалите, които ще получим – обяснява доц. Диковска. – И да можем да кажем накрая – комбинацията, получена по този начин, би била удачна за сензор. Вече имаме такива резултати. Някои оксиди, които сме подбрали, са много подходящи като комбинация за газови сензори и могат да регистрират много ниски концентрации. На базата на резултатите, които получихме, вече имаме и международно сътрудничество – с екип от египетски учени по проект, който е специално за сензори.“
Другият проект се занимава с обработка на нитридни керамики, които нашумяват в последно време. Те са нов инженерен материал и в световен мащаб се разработват през последните 20 години. Ново направление е контролираната им декомпозиция под въздействието на лазерно лъчение, което може да доведе до модификация с висока пространствена разделителна способност и контролирано формиране на комплексни материали от типа метал/диелектрик, полупроводник/диелектрик. Такива материали с пространствени характеристики в областта микро- и нанометри дават възможност за разработване на нови, модерни приложения – от синтеза на изкуствено създадени материали с контролируеми свойства до по-ефективни оптични материали.
„Материалите и структурите, които получаваме, проявяват свойс-
тва, на базата на които могат да се използват в разработването на сензори, като наночастици, които могат да се приложат в капки за очи например – казва доц. Диковска. – В лабораторията произвеждаме образци на продукти, които биха намерили приложение в много области. Но оттук нататък друг трябва да поеме инициативата за практическото им приложение. Не сме ние на ход, не е в нашата компетентност. Трябва да има звено между учените и бизнеса. Според мен нашата икономика е фокусирана върху предлагането на услуги – даваме под наем, продаваме. Няма фирми, които да се ангажират с такъв тип създаване на технология. А ние бихме могли да дадем много. И съвсем друго би било да знаеш, че някой иска да приложи продукта от твоята работа. Фундаменталните изследвания, които правят учените, са в основата на всичко, макар че много малък процент от тях се прилагат на практика. Но и това е достатъчно, на това се дължат и гигантските скокове в развитието ни.“