Регистрация / Вход
Прислать материал

Создание субмикронных люминесцентных структур в кристаллах LiF с использованием ВУФ излучения лазерной плазмы, нагреваемой XeCl лазерным излучением"

Стадии проекта
Предложение принято
Конкурс завершен
Выполнение этапа проекта
Проект
02.434.11.7087
Организация
ФГУП "ВНИИФТРИ"

Проведение поисковых исследований и получение новых знаний с использованием возможностей международной кооперации

Этапы проекта

1
07.11.2005 - 08.12.2005
Цель работы на настоящем этапе состояла в проведении фундаментальных и прикладных исследований по поиску путей и созданию в кристаллах LiF люминесцентных структур с пространственным разрешением 200 нм с использованием излучения плазмы, нагреваемой XeCl лазерным излучением.
  Проведены комплексные исследования по эффективности генерации центров окраски и колоризации кристаллов LiF под воздействием излучения плазменного источника. Проведена оптимизация параметров плазменного источника для достижения в пленках и кристаллах LiF плотности активных ЦО 1018 ÷1019 центров/см3 при глубине люминесцирующего слоя не более 100 нм.
  Рассмотрены различные экспериментальные методы создания на кристаллах LiF микронных и субмикронных люминесцентных структур с использованием тестовых масок и методы визуализации записанных структур. Приводятся уникальные, полученные впервые на размерах до нескольких мм2, экспериментальные изображения периодических структур с пространственным разрешением лучше 200 нм. Достигнутые результаты позволяют определить пути и методы дальнейшего повышения пространственного разрешения до 100 нм, являющегося конечной целью настоящей работы, а также подготовить методики и техническую базу для регистрации люминесцентных изображений биологических объектов с указанным разрешением.
Рекомендации по внедрению будут сделаны по окончанию работы в 2006 г.
Полученные на настоящем этапе результаты могут быть использованы при развитии таких направлений как нанолитография, создание микроволноводов, элементов оптической памяти, точечных световых источников.
Значимость работы, а также прогнозные предположения о развитии объекта исследования будут определены по окончанию работы в 2006 г. .
По теме работы в 2005 году опубликовано 4 статьи, а также сделаны 4 доклада на крупных международных конференциях.
Развернуть
2
01.01.2006 - 30.06.2006
1.С помощью эксимерного XeCl лазера (длительность импульса 90 - 20 нс, энергия до 5 Дж) получен плазменный источник вакуумного и мягкого рентгеновского из-лучения, оптимизированы его выходные энергетические характеристики для эф-фективной колоризации кристаллов и пленок LiF, а также размеры излучающей зоны, минимизирующие краевые эффекты при записи изображений.
2.Исследованы пути создания специальных масок с нанометровыми структурами за-данных параметров. Методом электронно-лучевой литографии получены тестовые маски на подложках Si3N4, имеющих высокое пропускание для ВУФ и мягкого рентгеновского излучения, с набором структур переменного периода от 1200 до 100 нм;
3.Разработана специальная конструкция и методика сборки пары “кристалл LiF – тестовая маска”, обеспечивающие наилучшее пространственное разрешение изо-бражения при облучении маски, а также демонтаж элементов без повреждения по-верхности кристалла и разрушения маски. Конструкция совместима с вакуумом и устойчива к процессам откачки и наполнения камеры воздухом;
4.Проведена оптимизация параметров визуализации записанных на кристаллах и пленках LiF изображений с помощью высокоразрешающих оптических систем, ра-ботающих в режиме фотолюминесценции.
Комплекс указанных выше исследований позволил успешно эксперименталь-но зарегистрировать на кристаллах и пленках LiF изображения тестовых масок, а также получить рентгеновские изображения биологического объекта (насекомое Mosquito Diptera) со сверхвысоким пространственным разрешением. Использование специально разработанного сканирующего микроскопа ближнего поля, работающего в режиме фотолюминесценции, позволило зарегистрировать отдельные элементы изображений с пространственным разрешением /12, что составляет величину по-рядка 50 нм.
Развернуть
3
01.07.2006 - 31.10.2006
Указанные исследования позволили получить рентгеновские изображения различных биологических объектов (Pyrrhesoma nymphula, Mosquito Diptera) со сверхвысоким пространственным разрешением на участках поверхности кристалла в несколько кв. мм., в частности:
- с использованием сканирующего микроскопа ближнего поля, работающего в режиме фотолюминесценции, зарегистрированы отдельные фрагменты изображений насекомого Mosquito Diptera с пространственным разрешением 50 нм (/12);
- получены контрастные изображения клеток зеленых водорослей Chlorella sorokiniana, а также продуктов их жизнедеятельности, в состоянии in vivo.
Полученные результаты показали, что LiF может быть эффективно использован для микроскопии “in vivo” биологических объектов в диапазоне «водного окна» с нанометровым (до 80-100 нм) пространственным разрешением в поле зрения, охватывающем не только отдельные клетки, но и большие группы клеток, что представляет большой интерес для исследования коллективного поведения живых микроклеточных организмов.
Благодаря широкому динамическому диапазону регистрируемых интенсивностей, удалось зарегистрировать и впервые количественно оценить объем выделяемых отдельными клетками продуктов обмена. Это особо важно для изучения физиологического состояния клеток, как в нормальных условиях, так и под действием различных внешних неблагоприятных факторов.
Результаты НИР соответствуют мировому уровню достижений в данной области, а основные из них получены впервые. Они показали возможности и пути создания на кристаллах и пленках LiF люминесцентных структур с пространственным разрешением выше 100 нм, что позволяет рекомендовать разработанные методы и подходы для использования в нанолитографии, создании оптических микроволноводов, элементов оптической памяти, точечных световых источников. Продемонстрированная возможность регистрации LiF детектором изображений с пространственным разрешением выше 100 нм в ВУФ и МР диапазонах излучения, может быть использована для развития диагностических методов в физике плазмы, для метрологического обеспечения при производстве нанопленок и наноструктур, в биологических исследованиях микроорганизмов в состоянии «in vivo», а также для исследования воздействия окружающей среды на микроорганизмы.
Развернуть

Программа

Программа "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития науки и техники" на 2002-2006 годы

Программное мероприятие

1.2 Проблемно-ориентированные поисковые исследования фундаментального характера
Продолжительность работ
2012 - 2013, 14 мес.
Бюджетные средства
2,05 млн
Организация
ФИАН
профинансировано
Проведение поисковых научно-исследовательских работ в области естественных наук: 1. Сверхплотная запись информации в высокомолекулярных системах; 2. Исследование взаимодействия лазерного излучения фемтосекундной длительности с материалами группы алюмооксидных керамик и молибденовых стекол; 3. Исследование возможности использования нанопористых гранулярных пленок на основе твердых растворов CdSe-CdS для систем терагерцовой оптики; 4. Исследование процессов параметрического взаимодействия волн при преобразовании излучения фемтосекундной длительности в нелинейных кристаллах, в том числе и фотонных; 5. Исследование процессов параметрического взаимодействия волн при преобразовании излучения фемтосекундной длительности в нелинейных кристаллах с доменными структурами и оптических волноводах на их основе; 6. Предельно короткие импульсы в материалах с сложным электронным спектром; 7. Импульсная терагерцовая рефлектометрическая томография термобарьерных покрытий турбинных лопаток газотурбинных двигателей; 8. Обоснование методов и подходов интеграции внешних проблемно-ориентированных внешних модулей в высокопроизводительноый программный комплекс для моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур HPC-NASIS; 9. Проведение квантовомеханических расчетов характеристик атомов, молекул и атомно-молекулярных кластеров с использованием высокопроизводительного программного комплекса для моделирования наноразмерных атомно-молекулярных структур HPC-NASIS; 10. Генерация электромагнитного излучения при фокусировке разночастотных фемтосекундных лазерных импульсов в газовые и конденсированные среды
Продолжительность работ
2009, 3 мес.
Бюджетные средства
2 млн
Организация
Университет ИТМО
профинансировано
Тема
Исследование физики взаимодействия лазерного излучения с потоками жидкости газа и структурами металлических материалов.
Продолжительность работ
2008, 3 мес.
Бюджетные средства
1,2 млн
Количество заявок
1
Тема
Обеспечение центром коллективного пользования научным оборудованием комплексных исследований в области использования микроволнового и лазерного излучений в нанотехнологиях.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 9 мес.
Бюджетные средства
17,2 млн
Количество заявок
2
Тема
Разработка основ технологии формирования прецизионных доменных структур в сегнетоэлектрических нелинейно-оптических монокристаллах для рабочих элементов оптических преобразователей лазерного излучения.
Продолжительность работ
2008 - 2009, 13 мес.
Бюджетные средства
20 млн
Количество заявок
2
Тема
НК-387П Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлениям: «Физика плазмы», «Физика конденсированных сред. Физическое материаловедение», «Оптика. Лазерная физика и лазерные технологии» в рамках мероприятия 1.3.2 Программы
Продолжительность работ
2009 - 2010, 14 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
41
Тема
НК-750П Проведение поисковых научно-исследовательских работ по направлениям «Лазерные, плазменные и пучковые технологии для атомной техники. Установки и технологии на основе мощного импульсного нейтронного и гамма излучений» в рамках мероприятия 1.3.1 Программы
Продолжительность работ
2010 - 2012, 30 мес.
Бюджетные средства
0 млн
Количество заявок
4