Die brandneue Technik entlädt tausend 100 Femtosekunden lange Impulse pro Sekunde und springt diese Impulse von einem elektronischen Mikrospiegelwerkzeug ab, das ein Hologramm darstellt. Die Forscher könnten das Hologramm verwenden, um jeden Laserpuls in etwa 2.000 Pulse mit unabhängig kontrollierbarer Stärke, Ort und Phase aufzuteilen, die alle gleichzeitig parallel laufen könnten.
Die Wissenschaftler entdecken derzeit die Nutzung von KI, um mit ihrer brandneuen Methode optimale Konstruktionsbehandlungen zu erzielen. Das Ziel ist, dass die Gegenstände „eine viel bessere architektonische Stabilität, Robustheit und Harmonie haben“, erklärt Chen.
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Typischerweise ist die Zwei-Photonen-Lithographie auf Schwerpunkte angewiesen, die etwa 10.000 Laserpulse niedriger Leistung erreichen, um ein Voxel vollständig zu verstärken. Das brandneue Verfahren nutzt einen Laser, der 10 Sekunden bis hunderttausend Mal langsamer entlädt als die Laser, die allgemein in der Zwei-Photonen-Lithographie verwendet werden. Zum Ausgleich nutzt die brandneue Methode einen einzelnen Impuls, um jedes Voxel zu verstärken. Dies erforderte ein erhebliches Spiel mit dem lichtempfindlichen Material, um die Druckqualität zu maximieren, erklärten die Forscher.
Allerdings hat sich die Zwei-Photonen-Lithographie sowohl als teuer als auch als langsam für massive funktionale Anwendungen erwiesen. Dies hat es eigentlich hauptsächlich zu einem teuren Laborgerät gemacht, um winzige Modelle zu erstellen.
Eine potenzielle Anwendung für den 3D-Druck im Nanomaßstab ist die Herstellung von Metastrukturen – Produkten, deren Gerüste sich duplizierende Muster in Bereichen aufweisen, die kleiner sind als die Wellenlängen des Drucks, für den sie entwickelt wurden. Optische Metastrukturen, die entwickelt wurden, um elektromagnetische Strahlung zu regulieren, können Licht auf unvorhergesehene Weise beugen und Unsichtbarkeitsumhänge sowie verschiedene andere Geräte verursachen.
„Wir haben die allerbeste Auflösung mit Einzelimpuls-Direktbelichtung erreicht, was völlig im Widerspruch zur Standardstrategie steht, um eine hohe Auflösung zu erreichen – das heißt, reduzierte normale Leistung sowie lange Direktbelichtungszeit“, erklärt Chen.
Darüber hinaus, so berichteten die Wissenschaftler, erzeugt die brandneue Technik die bisher größte Leistungsleistung in der Zwei-Photonen-Lithographie. Während verschiedene andere Methoden eine Betriebsleistung von etwa 1,5 bis 4 Watt benötigen, benötigt die brandneue Technik nur eine typische Leistung von 400 Milliwatt, um 2.000 Betonungen zu erzeugen.
Die Forscher skizzierten ihre Online-Suche am 27. März in der Zeitschrift Nature Communications.
Mithilfe von Hologrammen kann ein nanoskaliger 3D-Drucker derzeit schnell komplizierte Produkte mit Informationen herstellen, die kleiner als eine Wellenlänge von wahrnehmbarem Licht sind, wie eine brandneue Forschungsstudie entdeckt. Diese Studie kann schnell eine nanotechnologische Auswahl von Kabeln, Linsen, rotierenden magnetischen Geräten sowie verschiedenen anderen Frameworks treffen und Anwendungen in elektronischen Geräten, Photonik, Mikrorobotik und noch mehr empfehlen.
In Experimenten enthüllten die Wissenschaftler, dass ihre brandneue Technik komplizierte, winzige 3D-Dinge wie Buchstaben, Zahlen, Ringe, Linsen sowie schneebesenartige Gerüste herstellen könnte. Sie stellten auch magnetische Geräte her, die sie von einem anderen Ort aus mit einem elektromagnetischen Feld regulieren konnten.
„Die Steigerung des Durchsatzes deutet darauf hin, dass die Kosten erheblich gesenkt wurden und die Innovation derzeit für Anwendungen im industriellen Maßstab zu einem erschwinglichen Preis und Baupreis genutzt werden kann“, sagt der ältere Autor der Forschungsstudie Shih-Chi Chen, ein Optiker Forscher sowie Maschinenbaukonstrukteur am Chinese College of Hong Kong.
Derzeit kann ein brandneues Zwei-Photonen-Lithographieverfahren nanoskalige 3D-Objekte mit Geschwindigkeiten von etwa 2 Millionen Voxeln pro Sekunde und 4,5 bis 54 Kubikmillimetern pro Stunde erzeugen. Darüber hinaus erreichte es eine Auflösung von etwa 90 Nanometern, die allerbeste, die bisher in der Hochdurchsatz-Zwei-Photonen-Lithographie gesehen wurde, behielten die Forscher im Auge. Das brandneue Verfahren der Gruppe kann gleichzeitig bis zu 2.000 unabhängig programmierbare Laserakzente ausführen, um komplizierte Gerüste herzustellen, darunter die bisher am häufigsten in der Hochdurchsatz-Zwei-Photonen-Lithographie gesehenen.
Die Verstärkung des in der Zwei-Photonen-Lithographie verwendeten Materials erfordert unglaublich hohe Laserstärken. Die Verwendung zahlreicher Laserakzente erhöht die erforderliche Laserleistung, und die allgemein in der Zwei-Photonen-Lithographie verwendeten Laser können kaum die Leistung liefern, die erforderlich ist, um mehr als 50 Laserakzente aufrechtzuerhalten. Andererseits nutzte die brandneue Technik einen Nahinfrarotlaser mit einer Spitzenleistung von rund 10 Gigawatt.
Frühere Studien haben versucht, den in der Zwei-Photonen-Lithographie verwendeten Laserstrahl in mehrere Hauptbrennpunkte zu unterteilen, um die Konstruktion zu beschleunigen. Diese Technik erreicht in der Regel immer noch Druckraten von knapp 10.000 Voxeln pro Sekunde sowie deutlich weniger als 0,1 Kubikmillimeter pro Stunde. Diese Strategie ist normalerweise nicht in der Lage, die Betonung jedes spezifischen Lasers zu regulieren, und kann daher auch keine extrem variablen Rahmenbedingungen schaffen.
In der neuen Forschungsstudie gaben die Forscher ebenfalls bekannt, dass sie die Laserleistung jeder Intensität anpassen könnten, um 11 verschiedene Stärkegrade zu erreichen. Diese "Graustufensteuerung" könnte Verwendung finden, um die Stärke sowie die mechanischen Heimaten jedes Voxels zu ändern. Die brandneue Methode zeigte eine Graustufenkontrolle mit einer Genauigkeit von mehr als 99 Prozent, die größte, die bisher bei identischer Zwei-Photonen-Lithographie beobachtet wurde, behielten die Forscher im Auge.
Eine der größten Schwierigkeiten beim Studium von Metastrukturen besteht darin, Dinge herzustellen, die aus Untermerkmalen bestehen, die kleiner als ein Mikrometer sind, aber insgesamt viele Male so groß sind wie ihre Untermerkmale. In Experimenten enthüllten die Forscher, dass ihre brandneue Methode ein Gitter mit einer Größe von etwa 1 Kubikmillimeter erzeugen könnte, das aus mehr als 680.000 Zellen mit Untermerkmalen von nur 700 Nanometern besteht.
Diese 14 Fotos zeigen die Vielfalt der Nanostrukturen, die mit der brandneuen holografischen Methode hergestellt werden können, bestehend aus magnetischen Rädern für Geräte im Nanomaßstab, die möglicherweise von einem anderen Ort stammen, der durch die Verwendung eines elektromagnetischen Felds verlegt wurde [Einfügungen m und n] Chinese College of Hong Kong
Eines der derzeit genauesten 3D-Druckverfahren zur Herstellung von nanoskaligen Dingen mit komplizierten Formen ist höchstwahrscheinlich die Zwei-Photonen-Lithographie. Wenn sie 2 Lichtphotonen gleichzeitig statt nur einem aufnehmen, hängt diese Methode von flüssigen Materialien ab, die sich gerade verstärken. Dies ermöglicht eine genaue Konstruktion von Produkten mit Voxeln – dem 3D-Matching von Pixeln – mit einer Dimension von nur wenigen Nanometern.
Die brandneue Technik kann komplizierte, winzige 3D-Dinge wie Buchstaben, Zahlen, Ringe, Linsen sowie Geräte herstellen, die von einem anderen Ort aus durch die Verwendung eines elektromagnetischen Feldes reguliert werden können.
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