| Результаты этапа: В ходе четвертого года реализации проекта получены следующие результаты:
1. Показана возможность управления оптическими свойствами трехмерных фотонных кристаллов на основе анодного оксида алюминия (3D ФК АОА) путем химического травления в растворе кислоты, которое приводит к увеличению диаметра пор. Принимая во внимание модуляцию диаметра пор по толщине 3D ФК АОА и линейное увеличение диаметра пор, указанное травление приводит к увеличению разницы между диэлектрической проницаемостью соседнимх слоев. Как следствие, наблюдается кратное увеличение ширины фотонных запрещенных зон (ФЗЗ), а также уменьшение коэффициента пропускания в пределах ФЗЗ вплоть до нулевого пропускания. Также имеет место спектральный сдвиг ФЗЗ в коротковолновую область из-за уменьшения эффективного показателя преломления ФК, что приводит к перекрыванию ФЗЗ различных порядков.
2. Предложена методика формирования 3D ФК АОА путем анодирования алюминия в 3 М H3PO3 при 20 °С и периодическом изменении напряжения в диапазоне 95÷125 В. Полученный материал характеризуется гексагонлаьной упаковкой каналов и латеральным периодом структуры 284 нм на площади ~ 80×120 мкм2. Последовательное сокращением периода модуляции напряжения в процессе анодирования позволило добиться сходной длины оптического пути для верхних и нижних слоев АОА и уменьшить спектральную ширину ФЗЗ до 40 нм. Частотно-угловые зависимости пропускания демонстрируют широкие ФЗЗ различных порядков, что может быть связано как с неоднородностью структуры по толщине из-за высокой температуры электролита, так с дефектностью структуры в плоскости из-за анодирования в условиях, которые не приводят к самопроизвольному упорядочению АОА в гексагональный массив.
3. Анодированием алюминия в 1 М H3PO3 при температуре 5 °С и периодическом изменении напряжения в диапазоне 130÷170 В получен 3D ФК АОА с двумерным дефектом в структуре в виде сдвига модуляции пористости по толщине на полпериода на середине толщины. Частотно-угловые зависимости пропускания полученной структуры демонстрируют наличие микрорезонаторной моды (максимум отражения в области минимума пропускания) лишь для области АОА с одномерной периодичностью. В области с 3D периодичностью указанной особенности не наблюдается, что может быть связано с меньшей добротностью ФЗЗ в данной области по сравнению с 1D структурой, а также с отклонением толщин слоев 3D ФК АОА от заданных при анодировании.
4. Рекристаллизационный отжиг титановой фольги толщиной 200 мкм и чистотой 99,6% при 850 °С в течение 84 часов в атмосфере аргона приводит к увеличению среднего размера зерен более чем на порядок по сравнению с исходной фольгой до 138 мкм и формированию выраженной текстуры в направлении 001. Шероховатость поверхности титана после рекристаллизационного отжига и электрохимической полировки составляет 3,8 нм.
5. Структурирование поверхности титана с помощью фокусированного ионного пучка (ФИП) в виде гексагонального массива зародышей пор с глубиной ~ 10 нм возможно без промежуточной стадии формирования жертвенного барьерного слоя анодного оксида титана (АОТ). Анодирование структурированной титановой фольги в электролите на основе этиленгликоля (0,9 M NH4F, 0,09 M CH3COONH4 и 1,2 M H2O) при 60 В и 30 °С приводит к формированию на поверхности металла пористой оксидной пленки с латеральным периодом 125 нм и структурой 2D ФК. Доля пор в гексагональном окружении для сформированного 2D ФК АОТ превышает 97% на площади 93×70 мкм2.
Результаты реализации проекта опубликованы в двух статьях в международных научных изданиях, входящих в Q1: https://doi.org/10.1088/1361-6528/ac8e75 и https://doi.org/10.1364/OL.486279. |
