導(dǎo) | 讀 

    近期，瑞士IBM蘇黎世研發(fā)中心的Colin博士和Swisslitho公司的Martin博士用熱掃描探針(T-SPL)納米加工技術(shù)，配合干法蝕刻解決方案實(shí)現(xiàn)了相互作用微腔（兩個(gè)相鄰的光學(xué)微腔），并對(duì)微腔距離進(jìn)行了控制，實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)微腔光場(chǎng)的相互作用。相關(guān)工作發(fā)表在Nature子刊 Scientific Report。

T-SPL納米加工技術(shù)

    熱掃描探針(T-SPL)納米加工技術(shù)是種灰度刻蝕技術(shù)。與傳統(tǒng)意義上的3D打印技術(shù)相比，3D模型以灰度圖的形式呈現(xiàn)和加工，技術(shù)難度要比3D打印技術(shù)要小得多；而且，灰度刻蝕與標(biāo)準(zhǔn)微電子加工工藝，如沉積和蝕刻等直接兼容，因此具有廣泛的應(yīng)用前景。例如，在光學(xué)/光子學(xué)方面，它可以用來(lái)制造任意光學(xué)曲面、多模光波導(dǎo)，光子晶體以及高Q值的光學(xué)微腔。在量子光子學(xué)中，高Q因子意味著光損失小，單位模式中有更多的光量子。在電子光學(xué)上，可以用螺旋結(jié)構(gòu)來(lái)將軌道角動(dòng)量傳遞給自由電子。相比平面結(jié)構(gòu)，三維結(jié)構(gòu)具備更多的功能和更好的性能。

圖1 T-SPL的原理 

納米加工技術(shù)對(duì)比 

    傳統(tǒng)納米加工技術(shù)中，電子束蝕刻(EBL)是目前*的直寫技術(shù)，也能夠進(jìn)行這種灰度的光刻。然而，當(dāng)結(jié)構(gòu)小于1微米時(shí)，電子束在光刻膠內(nèi)的弛豫散射要計(jì)算，需要進(jìn)行三維距離校正。聚焦離子束(FIB)同樣可以用于灰度光刻。然而，由入射離子引起的表面注入，深度延伸可以超過(guò)數(shù)百納米，并且需要進(jìn)行復(fù)雜的計(jì)算實(shí)現(xiàn)臨近校正。此外，由于事故的電離造成的損害，F(xiàn)IB加工過(guò)的表面對(duì)進(jìn)步處理非常敏感。此時(shí)，T-SPL技術(shù)的勢(shì)就突顯出來(lái)了。

T-SPL納米加工技術(shù)的應(yīng)用 

    Colin博士用T-SPL技術(shù)，制備了正旋波圖形（圖2a, b），螺旋相位板（圖2c, d），凹透鏡（圖2e, f），16方格棋盤（圖2g, h）。圖形結(jié)果和設(shè)計(jì)匹配，棋盤實(shí)驗(yàn)中，臺(tái)階的高度僅為1.5nm。得益于閉環(huán)的直寫算法，將每次直寫后探測(cè)的深度信息反饋并修正下行的直寫， T-SPL技術(shù)實(shí)現(xiàn)了納米高精度的3D直寫。

圖2 用T-SPL技術(shù)制備各種微結(jié)構(gòu)，圖形結(jié)果和設(shè)計(jì)匹配 

光子分子—雙高斯凸透鏡DBR光學(xué)微腔 

    Colin博士進(jìn)步設(shè)計(jì)了光子分子——雙高斯凸透鏡DBR光學(xué)微腔（圖3）。在SiO₂上刻蝕兩個(gè)相鄰的凹高斯透鏡結(jié)構(gòu)，并以此為模板制作了TaO₅/SiO₂布拉格反射鏡（DBR）；用發(fā)光染料作為增益介質(zhì)制備在DBR中間形成法布里-珀羅（Fabry–Pérot）光學(xué)微腔，發(fā)光燃料層在結(jié)構(gòu)部分形成高斯凸透鏡，相鄰兩個(gè)凸透鏡各自約束路光場(chǎng)在DBR中形成諧振。 

圖3 光子分子的設(shè)計(jì)，制備和表征

    通過(guò)加工多種不同間距的凸透鏡對(duì)，Colin博士研究了不同距離下，兩個(gè)諧振光場(chǎng)的耦合作用，以期實(shí)現(xiàn)基于交互強(qiáng)度控制的類腔陣列量子計(jì)算技術(shù)。T-SPL高精度3D納米加工技術(shù)必將推動(dòng)量子計(jì)算的研究向個(gè)關(guān)鍵里程碑邁進(jìn)。

參考文獻(xiàn)：Control of the interaction strength of photonic molecules by nanometer precise 3D fabrication.

Swisslitho公司榮獲“瑞士產(chǎn)品獎(jiǎng)” 

    2017年11月13日，Swisslitho公司因NanoFrazor 3D納米直寫設(shè)備（采用熱掃描探針納米加工技術(shù)）的研發(fā)和*勢(shì)獲得“瑞士產(chǎn)品獎(jiǎng)”。該獎(jiǎng)項(xiàng)主要獎(jiǎng)授予“具有*、高技術(shù)、高質(zhì)量的、的產(chǎn)品創(chuàng)新能力，具有高價(jià)值，強(qiáng)大潛力的公司”。

圖為Swisslitho公司團(tuán)隊(duì)于蘇黎世市中心舉行的頒獎(jiǎng)典禮