Vědci z CEITEC objevili slibný metapovrch. Díky spolupráci s americkými a čínskými kolegy

6. února 2019

Sdílet na Facebooku Sdílet na Twitteru

Na ojedinělém mezinárodním výzkumu se nedávno podíleli odborníci z týmu Příprava a charakterizace nanostruktur CEITEC VUT. Spolu s kolegy z USA a Hong Kongu zkoumali unikátní materiál VO2 a možnosti jeho využití při vytváření metapovrchů ve velkém měřítku.

                     

Na počátku spolupráce stál materiál oxid vanadičitý (VO2), jehož unikátnost spočívá v tom, že vědci mohou zajímavým způsobem kontrolovat jeho chování. „Dokážeme poměrně snadno řídit, zda se bude chovat jako kov nebo izolant. Je to možné jak obyčejným zahřátím o pár desítek stupňů, tak například i osvitem či mechanickým napětím. A takových materiálů na světě příliš mnoho není,“ vysvětlil Filip Ligmajer ze skupiny Příprava a charakterizace nanostruktur, který se na výzkumu podílel. 

Jeho kolegové ze Spojených států si při výrobě tenkých vrstev zmíněného VO2 všimli, že za velmi specifických podmínek dochází na povrchu safírového skla samovolně ke vzniku nanodrátů z tohoto jedinečného materiálu. „To znamená, že nemusíme využívat nanotechnologie a složitě tyto nanodráty vyrábět. V podstatě nám narostou samy,“ objasnil Ligmajer s tím, že českým výzkumníkům z CEITEC VUT připomněly vrstvy nanodrátů od amerických kolegů takzvané metapovrchy. „Jsou to v podstatě běžné povrchy materiálů, které jsou ale pokryté miliardami nanoobjektů s přesně vybraným tvarem, rozměry i umístěním. Cílem je, aby díky tomu plnily určitou funkci, kterou běžné materiály nemají. Mohou fungovat jako optická čočka bez jakýchkoli vad, velmi efektivní polarizátor, nebo například zařídit vyzařování tepla do předem vybraných směrů. Při tom všem tloušťka takových vrstvev nanoobjektů nemusí přesáhnout zlomek lidského vlasu... A právě přirozeně nanostrukturovaný povrch VO2 nám tyto metapovrchy, které jinak v Brně pracně vyrábíme jinými technikami, připomněl. Proto jsme ho ve spolupráci s americkými a hongkongskými kolegy důkladně analyzovali a zjistili jsme, že má opravdu některé velmi zajímavé vlastnosti,“ dodal Filip Ligmajer. 

Mezi tyto vlastnosti patří například to, že může sloužit jako modulátor pro signály v rámci všech pásem telekomunikačních vlnových délek. To je velmi zajímavé zejména pro budoucí aplikace metapovrchů v ve fotonice a při optických přenosech signálů. „Metapovrch z VO2 může také působit jako polarizátor, protože za určitých podmínek převádí lineární polarizaci na kruhovou. Takový optický prvek je možné vyrobit i z jiných materiálů, ale náš metapovrch s sebou přináší kromě své extrémně nízké tloušťky také výhody spojené s jeho přepínatelností,“ vyjmenoval Ligmajer. Podle něj jsou přepínatelnost a laditelnost obecně jedním z významných směrů dalšího vývoje metapovrchů. „Pokud by bylo možné čočku či polarizátor zapnout a vypnout například přiložením napětí, bylo by to něco, co s přírodními materiály a povrchy udělat jednoduše nelze,“ dodal. 

Proces spontánní tvorby nanostruktur při růstu VO2 je navíc velmi zajímavý pro budoucí výrobu metapovrchů v mnohem větším měřítku. „Udělat nějaký metapovrch na mikrometru čtverečním je krásná hra, ale pro jejich využití například ve fotoaparátech mobilních telefonů bude potřeba vyrábět metapovrchy minimálně na plochách v řádu centimetrů čtverečních. A právě tam by se podobné přístupy k výrobě nanostruktur daly velmi dobře využít,“ uzavřel Filip Ligmajer. 


Odkaz na článek:

Ligmajer, F.; Kejík, L.; Tiwari, U.; Qiu, M.; Nag, J.; Konečný, M.; Šikola, T.; Jin, W.; Haglund, R. F.; Appavoo, K.; Lei, D. Y., 2018: Epitaxial VO2 Nanostructures: A Route to Large-Scale, Switchable Dielectric Metasurfaces. ACS PHOTONICS5(7), p. 2561 - 2567, doi: 10.1021/acsphotonics.7b01384 (RIGAKU9, ICON-SPM, VERIOS, FTIR)