Laserpulse bohren Nano-Löcher

  • 25. April 2016

Neues Verfahren für die Entwicklung winziger optischer Filter – und für die Nano-Chirurgie.

Nanostrukturen verleihen Materialien Eigenschaften, die diese in einem größeren Maß­stab nicht be­sitzen. Die Her­stellung solcher Struk­turen ist eine große Heraus­forderung. Ein gängiges Verfahren ist, uner­wünschtes Material mit Hilfe eines hoch­intensiven Lasers zu ver­dampfen. Aller­dings gibt es dabei bedeu­tende Ein­schrän­kungen. So inter­agieren die Laser mit der Ober­fläche der meisten Materialen. Und die Wellen­länge des Lasers gibt den mini­malen Brenn­punkt und damit die Größe der ge­prägten Struk­turen vor. Für sicht­bares Licht liegt diese Wellen­länge bei vier­hundert bis acht­hundert Nano­metern – größer als einige heute übliche Computer-Komponenten.

Airy-Pulse

Abb.: Anfänglich sehr kurze Laser­impulse werden in zeit­liche Airy-Impulse umge­formt und dann auf eine Quarz­glas­probe fokus­siert (zum Vergrößern auf das Bild klicken, Bild: U. Kassel).

Forschern der Uni Kassel ist es jetzt gelungen, Nano-Löcher in Quarz­glas zu bohren, die kleiner als der Brenn­punkt des verwen­deten Lasers sind. Die Löcher haben einen Durch­messer von weniger als 250 Nano­meter bei einer Wellen­länge von acht­hundert Nano­metern. Dabei weisen die Löcher eine Tiefe von bis zu sieben Mikro­metern auf – ein Größen­ver­hältnis, das bei der­art kleinen Struk­turen auf anderem Wege kaum zu erreichen ist. „Noch nie wurden auf diese Art Löcher gebohrt, die so klein und gleich­zeitig so tief sind“, freut sich Nadine Götte, die bei der Durch­führung der Experi­mente feder­führend war.

Die Forschungsgruppe benutzte Laserimpulse, die etwa eine Billion­stel Sekunde lang sind. Das allein reichte aber nicht aus: Mit einer selbst­ent­wickelten Technik model­lierten die Wissen­schaftler den Laser­impuls und produ­zierten zeitliche Airy-Impulse. Dabei wird nicht der kürzest mögliche Impuls produ­ziert, sondern einer, der eine optimale Zeit­struktur hat, um möglichst viel Energie in das Material einzu­bringen. Dieser Mecha­nismus umgeht das Problem, das die meisten Impulse schon an der Ober­fläche des Materials absor­biert werden. Statt­dessen ent­stehen durch gezielte Stimu­lation des Materials tiefe und schmale Kanäle.

Die Forscher wollen ihre Erkenntnisse nun in Anwen­dungen erproben. So wollen sie testen, ob sich damit winzige Filter für die optische Daten­über­tragung her­stellen lassen. Andere Anwen­dungen könnten das gezielte Durch­löchern von Zell­membranen oder die Nano-Chirurgie sein.

U Kassel / RK

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