Chế tạo các hạt nano bằng xung laser cực nhanh

Xung laser femto giây công suất thấp và cực kỳ ổn định là một ứng dụng lý tưởng cho việc tạo ra các hạt tinh thể nano với độ đồng đều cực cao (phân bố hạt theo kích thước rất hẹp), đó là một công bố mới của các nhà nghiên cứu Hoa Kỳ.

Hơn nữa, công nghệ này còn cho phép tạo ra các kiểu cấu trúc khác nhau như lập phương, nhân - vỏ tổ hợp... bằng cách cắt bỏ với sự có mặt của các khí nền khác nhau (Theo công bố mới đây trên tạp chí Applied Physics Letters 90 044103, 2007).

"Một trong những ưu điểm vượt trội của kỹ thuật mới này là sự đơn giản" - Yong Che, một trong những chuyên gia về laser sợi của IMRA (Hoa Kỳ) cho hay - "Các hạt nano được phân tán một cách đồng đều trên đế mà không hề có sự tập hợp". Cũng the Che, kỹ thuật này còn có sự độc lập của vật liệu làm đế và không hề đòi hỏi quá trình xử lý nhiệt. Có nghĩa là các hạt nano có thể ngưng đọng ngay trên các đế nhạy nhiệt, như thủy tinh, nhựa hay màng polyme.

Hình 1. Ảnh Yong Che và các cộng sự. (Ảnh: NanotechWeb.org)

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã loại bỏ Ni, một vật liệu quan trọng trong lĩnh vực vật liệu ghi từ. Che cho biết kỹ thuật này có thể mở rộng trên nhiều loại bia khác và nhóm đang nghiên cứu trên các hợp kim mẫu và một số mẫu điện môi. Yếu tố quan trọng của công nghệ này là laser sợi pha tạp nguyên tố Ytterbium (Yb) (hay còn có tên là laser FCPA-mJewel), phát laser xung 500 femto giây với bước sóng trung tâm 1 mm và tốc độ biến đổi lặp lại tới 200 kHz. Các nhà khoa học đã phát hiện ra chúng có thể dập tắt sự hình thành của các hạt dạng giọt (lớn hơn 20 nm) bằng cách giới hạn sự ảnh hưởng của laser lên mẫu xuống dưới 1 J/cm². Giá trị này được coi là tương ứng với ngưỡng của sự hình thành plasma mạnh.

Hình 2. Ảnh hiển vi điện tử độ phân giải cao chụp mẫu vật liệu NiO.
(Ảnh: NanotechWeb.org)

Ban đầu, các nhà nghiên cứu đã cắt bỏ các bia trong chân không, nhưng đó là sự sử dụng các khí nền khác nhau, như Ar, O₂... và do đó tạo ra nhiều kết quả lý thú. "Chúng tôi đã tạo được cấu trúc kiểu nhân-vỏ (Ni-NiO) đúng như dự định ban đầu". Ảnh hiển vi điện tử truyền qua phân giải cao (hình 2) tiến hành ở Đại học Michigan chỉ ra rằng các hạt lập phương nano là đơn tinh thể NiO. Kết quả này làm kinh ngạc các nhà nghiên cứu bởi ban đầu nhóm nghĩ rằng khoảng thời gian cắt bỏ laser cực nhanh là quá ngắn cho quá trình ôxi hóa.

Các kết quả trên đây được phát triển bởi nhóm nghiên cứu giữa tập đoàn IMRA và Đại học Michigan, Hoa Kỳ. Hiện tại, nhóm đang lập các kế hoạch để công bố các kết quả bổ sung trong thời gian tới. Che cho biết IMRA sẵn sàng hợp tác với các nhóm nghiên cứu khác để phát triển kỹ thuật này.

(Ảnh: Vatlyvietnam)