Khoa học kỹ thuật và công nghệ

Các nhà khoa học “lưu trữ” ánh sáng bằng các giọt mực có kích thước siêu nhỏ (13/11/2017)

Một nhóm các nhà nghiên cứu đến từ trường Đại học Cambridge và Phòng thí nghiệm Hitachi Cambridge đã hợp tác phát triển một chiếc 'bút mực” siêu nhỏ dùng để vẽ nên những cấu trúc đủ nhỏ để lưu trữ và khai thác ánh sáng bằng cách sử dụng kỹ thuật in sẵn có trên thị trường. Thiết kế mới có thể được áp dụng trong sản xuất các thiết bị cảm biến, công nghệ sinh học, lasers cũng như trong nghiên cứu sự tương tác giữa ánh sáng và các hạt hoặc vật chất.

Phương pháp tiếp cận mới kết hợp công nghệ in phun với độ phân giải cao cùng nghiên cứu công nghệ nano quang tử và sử dụng ánh sáng ở quy mô nhỏ nhất một phần tỷ mét. Đây là lần đầu tiên sự kết hợp này được chứng minh thành công. Kết quả nghiên cứu được báo cáo trên tạp chí Advanced Materials.

Trong thập kỷ qua, công nghệ in phun được áp dụng rộng rãi trong sản xuất các thiết bị có cấu tạo rất nhỏ, sử dụng các vật liệu có thể in được, bao gồm mực in. Công nghệ in phun có chi phí ban đầu thấp, ít tốn kém, dễ sử dụng và được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực điện tử và công nghệ sinh học.

Tiến sĩ Dr Vincenzo Pecunia, tác giả của nghiên cứu cho biết: "Hầu hết các máy in phun hoạt động theo cơ chế đốt nóng để sinh nhiệt hoặc tạo áp suất để đẩy mực in qua vòi phun, tạo thành các giọt mực có kích thước tương đương với đường kính của sợi tóc người”. 

Nghiên cứu của Pecunia tập trung vào các vật liệu quang điện tử có thể in được, sử dụng trong nhiều ứng dụng khác nhau. Thiết kế máy in của ông và cộng sự dựa trên hoạt động của tia phun động lực học, điều này giúp máy in có độ phân giải cực cao. Thay vì sử dụng năng lượng nhiệt hay tạo áp lực, loại máy in mới sử dụng áp lực cơ học để in mực, tạo áp lực để đẩy mực bắn qua một vòi phun có cấu tạo siêu nhỏ, tạo ra các giọt mực siêu nhỏ - nhỏ hơn 10 đến 100 lần so với các máy in thông thường.

Nhóm nghiên cứu cùng Pecunia và đồng tác giả Dr Frederic Brossard đến từ phòng thí nghiệm Hitachi Cambridge khẳng định loại máy in mới này có thể tác động lên vật liệu có cấu trúc đủ nhỏ để sử dụng trong lĩnh vực nghiên cứu nano.

Pecunia chia sẻ: "Những nỗ lực trước đây nhằm kết hợp hai ưu điểm này đã gặp phải nhiều hạn chế do công nghệ in phun thông thường không thể tác động trực tiếp lên vật chất có kích thước nhỏ hơn bước sóng. Tuy nhiên, chúng tôi đã vượt qua giới hạn này với hệ thống in phun điện động lực".

Nhóm nghiên cứu cho biết họ có thể thực hiện thao tác bắn các giọt mực siêu nhỏ lên tinh thể quang tử. Giọt mực có đường kính siêu nhỏ, đủ để chúng có thể bám lên trên các tinh thể, làm thay đổi cục bộ các tính chất của tinh thể khiến ánh sáng không thể thoát ra. Kỹ thuật này cho phép cấu thành nên nhiều mẫu trên tinh thể quang tử photonic với tốc độ cao, trên một diện tích tiếp xúc lớn. Ngoài ra, các mẫu có thể là bất cứ loại vật liệu nào có thể in được, do đó, phương pháp tiếp cận mới có thể sẽ được sử dụng rộng rãi với chi phí thấp, và đặc biệt vì mực có thể được rửa sạch dễ dàng nên tinh thể quang tử hoàn toàn có thể tái sử dụng được.

Brossard cho biết: "Kỹ thuật này mở ra cánh cửa hy vọng, mang lại nhiều cơ hội trong lĩnh vực khoa học cơ bản và ứng dụng, một trong những hướng ứng dụng tiềm năng là nhằm phát hiện ra lượng nhỏ các phân tử sinh học như virut hoặc tế bào ung thư. Công nghệ này còn được đánh giá là một công cụ rất hữu ích phục vụ nghiên cứu một số hiện tượng cơ bản có sự tương tác rất mạnh giữa ánh sáng và các hạt hay vật chất trong vật liệu mới và tạo ra laser. Đặc biệt, công nghệ mới cũng cho phép tạo ra các mạch tuần hoàn quang học siêu nhỏ để điều chỉnh ánh sáng và có thể được thay đổi bằng kỹ thuật in phun sử dụng khuôn là tinh thể quang tử”.

Nguồn: NASATI