СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ КИРАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ
METHOD OF PRODUCING CHIRAL STRUCTURE

Изобретение относится к нанотехнологии и может быть использовано для создания новых перестраиваемых искусственных электромагнитных сред на основе тонкопленочных металл-полупроводниковых и металлических оболочек для сверхвысокочастотного (СВЧ), терагерцового, инфракрасного (ИК), оптического диапазонов частот, в частности: перестраиваемых киральных электромагнитных сред на основе спиральных микроэлементов; управляемых метаматериалов на основе оболочек с металлическими и ферримагнитными тонкими пленками разнообразных конфигураций, поддерживающих плазмонный резонанс; метаматериалов с управляемыми свойствами с помощью когерентного лазерного излучения, внешнего электрического и магнитного полей; для создания искусственной среды, в которой за счет неоднородного распределения оболочек по площади и объему возможно осуществление управление фазой и направлением проходящего излучения; метаматериалов на основе трехмерных наноструктур субмикронных размеров.
Известен способ изготовления киральной структуры (К. Robbie, M.J. Brett, А. Lakhtakia. Chiral Sculptured Thin Films. Nature, Vol.384, 19/26 December, 1996, p.616), заключающийся в том, что плоскую подложку помещают в вакуум, на подложку направляют поток испаренного осаждаемого материала под углом, обеспечивающим «затенение» от потока осаждаемого материала заднего плана формируемого кирального элемента и его рост в направлении, отклоненном от нормали к поверхности подложки в сторону источника осаждаемого материала, при этом подложку вращают относительно нормали к ее поверхности, приводя этим к изменению направления роста кирального элемента в ходе «скульптурного» выполнения его из кластеров осаждаемого материала, создавая таким образом на подложке элемент в виде колоннообразной спирали, при этом указанный угол выбирают равным по величине от 0 до 85 градусов относительно нормали к поверхности подложки.
При реализации приведенного способа для изготовления киральной структуры требуется значительное время. Решение обеспечивает относительно низкую скорость полного цикла изготовления. Кроме того, решение не обеспечивает достаточно высокую селективность взаимодействия получаемых структур с волнами различной круговой поляризации из-за того, что пространство между киральными элементами заполнено рыхлой неупорядоченной некиральной структурой из того же материала, что и киральные элементы. Решение не обеспечивает расширения спектрального диапазона электромагнитного излучения, в котором реализуются киральные электромагнитные свойства искусственных структур на основе получаемых твердотельных элементов. Решение не позволяет разнообразить киральные электромагнитные свойства структур (более широкое разнообразие форм дисперсионных киральных характеристик, обеспечение заданных неоднородностей киральных электромагнитных свойств в пределах электромагнитной структуры), вследствие ограничений на возможные соотношения диаметра, шага и площади сечения, позволяет получать спирали, ориентированные только перпендикулярно подложке. Решение характеризуется низкой воспроизводимостью заданных киральных электромагнитных свойств структуры (имеется ввиду как пространственная однородность свойств, так и контролируемо задаваемая пространственная неоднородность свойств структуры).
Причины, препятствующие достижению нижеуказанного технического результата, заключаются в использовании «скульптурного» выполнения киральных элементов из кластеров осаждаемого материала.
Известен способ изготовления киральной структуры (описание к патенту РФ №2317942 на изобретение, МПК: B82B 3/00 (2006.01)), включающий следующие этапы. Сначала осуществляют изготовление многослойного пленочного элемента на плоской подложке. При этом на этапе изготовления пленочного элемента создают формообразующие напряженные слои, функциональный слой. На данном этапе определяют материалы, геометрию, а также внутренние механические напряжения слоев пленочного элемента. Указанные параметры для изготовления пленочного элемента выбирают обеспечивающими впоследствии киральные электромагнитные свойства готовой структуры. Затем на втором этапе, после изготовления пленочного элемента, путем отделения пленочного элемента от подложки трансформируют его под действием внутренних напряжений в оболочку, представляющую собой киральный элемент.
На подложке предварительно выращивают жертвенный слой, отделение пленочного элемента от подложки осуществляют путем селективного бокового травления жертвенного слоя.
-10
-5
При изготовлении многослойного пленочного элемента на подложке формируют все конструктивные слои пленочного элемента, при этом посредством планарной технологии формируют рисунки слоев, в том числе рисунки, задающие контуры пленочного элемента, причем рисунок функционального электромагнитного слоя формируют обеспечивающим приобретение этим слоем киральной формы при трансформации пленочного элемента в оболочку. Толщина многослойного пленочного элемента задается от 10 до 10 м, причем выполняют функциональный электромагнитный слой с рисунком, не симметричным как относительно направления изгибания, так и направления, перпендикулярного направлению изгибания, при этом рисунки слоев пленочного элемента формируют с помощью литографии; последующее отделение пленочного элемента от подложки осуществляют путем удаления материала элемента, лежащего под пленочным элементом, обеспечивая за счет этого направленное изгибание пленочного элемента.
Отделение пленочного элемента от подложки осуществляют путем селективного травления подложки.
Формообразующие слои формируют путем эпитаксии из кристаллических веществ с различными постоянными решетки, соблюдая условия псевдоморфного роста, или формообразующие слои формируют из металлов, имеющих различные коэффициенты термического расширения и модули Юнга, функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, или полупроводника, или диэлектрика. В частности, формообразующие слои выполняют с использованием пары материалов GaAs и InGaAs, или Si и SiGe, или Au и Ti, или Au и Ni, или Cr и SiGe, или Cr и Si.
На подложке может быть изготовлен массив одинаковых или разных многослойных пленочных элементов, имеющих связь или не имеющих связи между собой посредством общего слоя, сохраняющегося при отделении пленочных элементов от подложки и трансформации их в оболочку. После формирования оболочек их переносят с подложки на другой несущий элемент или размещают в объеме трехмерной матрицы.
При изготовлении структуры используют материалы, изменяющие свои электромагнитные свойства под действием электромагнитного излучения. В структуре формируют управляющий полупроводниковый элемент, обуславливающий изменение киральных электромагнитных свойств структуры.
При реализации приведенного способа для изготовления киральной структуры требуется значительное время. Решение обеспечивает относительно низкую скорость полного цикла операций. Кроме того, решение не обеспечивает достаточно высокую селективность взаимодействия структур с волнами различной круговой поляризации, не обеспечивает расширения спектрального диапазона электромагнитного излучения, в котором реализуются киральные электромагнитные свойства искусственных структур на основе твердотельных элементов, не позволяет разнообразить киральные электромагнитные свойства структур (более широкое разнообразие форм дисперсионных киральных характеристик, обеспечение заданных неоднородностей киральных электромагнитных свойств в пределах электромагнитной структуры). Использование полупроводниковых эпитаксиальных слоев ограничивает площадь структуры площадью подложки, не позволяет создать плотные массивы киральных элементов, увеличивает материальные затраты.
Причины, препятствующие достижению нижеуказанного технического результата, заключаются в использовании традиционных методов планарной технологии полупроводниковых приборов. Так, способ включает множество операций: по формированию разнообразных слоев разнообразного назначения - формообразующие слои, функциональный слой, а также вспомогательные слои; по заданию рисунков слоев. Рисунки слоев задают традиционными литографическими методами - с использованием резистов, шаблонов, экспонирования, проявления, причем литографические процессы многократны. В сумме даже указанный здесь перечень операций, далеко не полный, уже демонстрирует насколько длительно изготовление структуры. И применение указанных традиционных методов планарной технологии не дает возможности повысить скорость полного цикла операций, обеспечить высокую селективность взаимодействия, расширить спектральный диапазон реализации киральных электромагнитных свойств, расширить разнообразие киральных электромагнитных свойств структуры, повысить воспроизводимость заданных свойств структуры.
Известен способ изготовления метаматериалов, который также возможно рассматривать как способ изготовления киральной структуры (Isabelle Staude, Manuel Decker, Michael J. Ventura, Chennupati Jagadish, Dragomir N. Neshev, Min Gu, Yuri S. Kivshar. Hybrid High-Resolution Three-Dimensional Nanofabrication for Metamaterials and Nanoplasmonics. Advanced Materials 2013, 25, 1260-1264), взятый за ближайший аналог, включающий изготовление N киральных элементов с N≥1. На поверхности подложки из стекла с помощью аддитивной технологии изготавливают рельеф, получая в результате дополнения исходной подложки из стекла рельефом формообразующую подложку. А именно, изготавливают полоски полуцилиндрической формы из фоторезиста с помощью лазерного луча (технология Direct Laser Writing). Затем на поверхность подложки с полуцилиндрами наносят проводящий слой - ITO (Indium Tin Oxide). Далее, используя взрывную литографию, на полуцилиндрах получают металлические полоски (из золота), ориентированные под углом к оси цилиндра. Процесс взрывной литографии осуществляют следующим образом. Центрифугированием на поверхность с полуцилиндрами наносят резист - полиметилметакрилат. Затем, проводя электроннолучевую литографию по полиметилметакрилату, изготавливают сквозные окна в области локализации полуцилиндрических полосок. После чего проводят напыление металла (золота) по всей поверхности, включая окна. Затем удаляют «взрывом» полиметилметакрилат и нанесенный на него материал. В финале получают полоски полукольцевой формы из напыленного золота, расположенные на поверхности полуцилиндров из фоторезиста, которые можно рассматривать в качестве киральных элементов.
Основной причиной, препятствующей достижению нижеуказанного технического результата, является неудовлетворительное качество получаемых киральных элементов. Данный способ в лучшем случае позволяет получать полукольца, когда самым эффективными киральным элементом является спираль. Получение в способе формообразующей подложки посредством изготовления на стеклянной подложке рельефа из полуцилиндров с помощью аддитивной технологии не обеспечивает изготовление качественных киральных элементов - спиралей. Способ изготовления киральной структуры не обеспечивает достаточно высокую селективность взаимодействия структур с волнами различной круговой поляризации, не обеспечивает расширения спектрального диапазона электромагнитного излучения, в котором реализуются киральные электромагнитные свойства искусственных структур на основе твердотельных элементов, не позволяет разнообразить киральные электромагнитные свойства структур (более широкое разнообразие форм дисперсионных киральных характеристик, обеспечение заданных неоднородностей киральных электромагнитных свойств в пределах электромагнитной структуры), характеризуется низкой воспроизводимостью заданных киральных электромагнитных свойств структуры (имеется ввиду как пространственная однородность свойств, так и контролируемо задаваемая пространственная неоднородность свойств структуры).
Причины, препятствующие достижению нижеуказанного технического результата, заключаются в использовании традиционных методов планарной технологии полупроводниковых приборов. Применение указанных традиционных методов планарной технологии не дает возможности обеспечить высокую селективность взаимодействия, расширить спектральный диапазон реализации киральных электромагнитных свойств, расширить разнообразие киральных электромагнитных свойств структуры, повысить воспроизводимость заданных свойств структуры.
Техническим результатом предлагаемого решения является:
- повышение селективности взаимодействия структур с волнами различной круговой поляризации (дихроизм);
- расширение спектрального диапазона электромагнитного излучения, в котором реализуются киральные электромагнитные свойства искусственных структур на основе твердотельных элементов;
- расширение разнообразия киральных электромагнитных свойств структур (более широкое разнообразие форм дисперсионных киральных характеристик, обеспечение заданных неоднородностей киральных электромагнитных свойств в пределах электромагнитной структуры);
- повышение воспроизводимости заданных киральных электромагнитных свойств структуры (имеется ввиду как пространственная однородность свойств, так и контролируемо задаваемая пространственная неоднородность свойств структуры).
Дополнительными преимуществами предлагаемого технического решения являются простота, разнообразие возможных конфигураций, возможность использования в массовом производстве.
Технический результат достигается в способе изготовления киральной структуры, включающем изготовление N киральных элементов с N≥1, изготавливают целиком формообразующую подложку с рельефом на ее рабочей поверхности, обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя, посредством аддитивной технологии с использованием материала для подложки, поддающегося объемному структурированию посредством аддитивной технологии с получением указанного рельефа и не вносящего вклад в киральные электромагнитные свойства структуры, затем на рабочую поверхность подложки наносят функциональный электромагнитный слой с заданной рельефом геометрией, обеспечивающей киральные электромагнитные свойства, заканчивая формирование N киральных элементов с N≥1.
В способе формообразующую подложку, обеспечивающую киральность структуры, изготавливают с помощью PolyJet аддитивной технологии из фотополимера.
В способе в качестве материала для формообразующей подложки используют фотополимер на основе акрила FullCure 720 Transparent.
В способе формообразующую подложку изготавливают в виде оболочки с указанным рельефом на ее рабочей поверхности, обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя.
В способе оболочку изготавливают в виде пластины.
В способе оболочку изготавливают с кривой двумерной поверхностью.
В способе оболочку изготавливают с кривой двумерной поверхностью - цилиндрической.
В способе объемное структурирование материала подложки с получением рельефа, обеспечивающее киральность структуры, осуществляют посредством аддитивной технологии следующим образом для получения N спиральных элементов с N≥1: со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат, в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости, этим получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости, и имеющих в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию, с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера, синусоидой, задающей искривление дна, распространяющейся в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок, при этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, ортогональной направлению распространения синусоид, кроме того, при структурировании стенки канавок выполняют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства, либо для получения многоярусного функционального электромагнитного слоя, с количеством ярусов от двух и более, стенки канавок выполняют в виде склона ступенчатой формы, с террасами и уступами, причем с уступами в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
В способе объемное структурирование материала подложки с получением рельефа, обеспечивающее киральность структуры, осуществляют посредством аддитивной технологии следующим образом для получения N спиралеобразных с разной кривизной витков элементов с N≥1: со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат, в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости, этим получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости, и имеющих в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию, с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера, синусоидой, задающей искривление дна, распространяющейся в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок, при этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в разных плоскостях, ортогональных направлению распространения синусоид, кроме того, при структурировании стенки канавок выполняют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства, либо для получения многоярусного функционального электромагнитного слоя, с количеством ярусов от двух и более, стенки канавок выполняют в виде склона ступенчатой формы, с террасами и уступами, причем с уступами в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
В способе объемное структурирование материала подложки с получением рельефа, обеспечивающее киральность структуры, осуществляют посредством аддитивной технологии следующим образом для получения N полукольцевых и/или S-образных элементов с N≥1: со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат, в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости, этим получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости, и имеющих в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию, с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера, синусоидой, задающей искривление дна, распространяющейся в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок, при этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, ортогональной направлению распространения синусоид, кроме того, при структурировании стенки канавок выполняют с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства; а при нанесении на рабочую поверхность функционального электромагнитного слоя используют маску-шаблон, предотвращающий нанесение функционального электромагнитного слоя на участки канавки, при получении полукольцевых элементов - на участки с конфигурацией, совпадающей с полупериодом синусоиды, при получении S-образных элементов - на участки с конфигурацией, совпадающей с частью синусоиды, включая первую и четвертую четверти каждого периода синусоиды, либо вторую и третью четверти каждого периода синусоиды, при получении полукольцевых и S-образных элементов в структуре - на участки с конфигурацией, совпадающей с полупериодом синусоиды, и на участки с конфигурацией, совпадающей с частью синусоиды, включая первую и четвертую четверти каждого периода синусоиды, либо вторую и третью четверти каждого периода синусоиды, кроме того, при структурировании стенки канавок выполняют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства, либо для получения многоярусного функционального электромагнитного слоя, с количеством ярусов от двух и более, стенки канавок выполняют в виде склона ступенчатой формы, с террасами и уступами, причем с уступами в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
В способе объемное структурирование материала подложки с получением рельефа, обеспечивающее киральность структуры, осуществляют посредством аддитивной технологии следующим образом для получения N спиральных элементов с N≥1: со стороны рабочей поверхности подложки проводят структурирование по образующей и направляющей цилиндра, и в радиальном направлении, получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, лежащей на цилиндрической поверхности и распространяющейся по направляющей цилиндра, и имеющих в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию, с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера, синусоидой, задающей искривление дна, распространяющейся в направлении, совпадающем с направлением распространения синусоиды, лежащей на цилиндрической поверхности, с амплитудой, меняющейся в радиальном направлении, при этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, образованной образующей и радиальным направлением, кроме того, при структурировании стенки канавок выполняют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства, либо для получения многоярусного функционального электромагнитного слоя, с количеством ярусов от двух и более, стенки канавок выполняют в виде склона ступенчатой формы, с террасами и уступами, причем с уступами в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
В способе объемное структурирование материала подложки с получением рельефа, обеспечивающее киральность структуры, осуществляют посредством аддитивной технологии следующим образом для получения N спиральных элементов с N≥1: со стороны рабочей поверхности подложки проводят структурирование по образующей и направляющей цилиндра, и в радиальном направлении, получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, лежащей на цилиндрической поверхности и распространяющейся по образующей цилиндра, и имеющих в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию, с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера, синусоидой, задающей искривление дна, распространяющейся в направлении, совпадающем с направлением распространения синусоиды, лежащей на цилиндрической поверхности, с амплитудой, меняющейся в радиальном направлении, при этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, ортогональной направлению распространения синусоид, кроме того, при структурировании стенки канавок выполняют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства, либо для получения многоярусного функционального электромагнитного слоя, с количеством ярусов от двух и более, стенки канавок выполняют в виде склона ступенчатой формы, с террасами и уступами, причем с уступами в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
В способе функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, минимальной толщины, при которой возможно существование сплошного слоя, и более.
В способе функциональный электромагнитный слой выполняют из Al, толщиной от 20 до 100 нм.
Для пояснения технического решения приводим графические материалы на фиг. 1 - фиг. 14 и нижеследующее описание.
На фиг. 1 представлена киральная структура с нанесенным функциональным электромагнитным слоем и изготовленными двумя киральными элементами в изометрии - а) край структуры с нанесенным функциональным слоем расположен сзади, б) край структуры с нанесенным функциональным слоем расположен спереди, где: 1 - формообразующая подложка, 2 - функциональный слой, 3 - канавка, 4 - поверхность формообразующей подложки, 5 - дно канавки, 6 - стенки канавки.
На фиг. 2 показана прямоугольная диметрическая проекция киральной структуры с нанесенным функциональным электромагнитным слоем и изготовленными двумя киральными элементами, где: 1 - формообразующая подложка, 2 - функциональный слой, 3 - канавка, 4 - поверхность формообразующей подложки, 5 - дно канавки, 6 - стенки канавки.
На фиг. 3 показан вид сверху киральной структуры с нанесенным функциональным электромагнитным слоем и изготовленными двумя киральными элементами, где: 2 - функциональный слой, 3 - канавка, 4 - поверхность формообразующей подложки, 5 - дно канавки.
На фиг. 4 представлен вид спереди киральной структуры с нанесенным функциональным электромагнитным слоем и изготовленными двумя киральными элементами, где: 1 - формообразующая подложка, 2 - функциональный электромагнитный слой, 4 - поверхность формообразующей подложки, 5 - дно канавки, 6 - стенки канавки.
На фиг. 5 показана прямоугольная диметрическая проекция киральной структуры с формообразующей подложкой, представляющей собой цилиндрическую оболочку с рельефом на ее рабочей поверхности, с канавками, расположенными вдоль направляющей цилиндра, где: 1 - формообразующая подложка, 3 - канавка, 4 - поверхность формообразующей подложки.
На фиг. 6 представлен вид сверху киральной структуры с формообразующей подложкой, представляющей собой цилиндрическую оболочку с рельефом на ее рабочей поверхности, с канавками, расположенными вдоль направляющей цилиндра, где: 3 - канавка, 4 - поверхность формообразующей подложки.
На фиг. 7 показан вид с торца киральной структуры с формообразующей подложкой, представляющей собой цилиндрическую оболочку с рельефом на ее рабочей поверхности, с канавками, расположенными вдоль направляющей цилиндра, где: 1 - формообразующая подложка, 4 - поверхность формообразующей подложки.
На фиг. 8 показана прямоугольная диметрическая проекция киральной структуры с формообразующей подложкой, представляющей собой цилиндрическую оболочку с рельефом на ее рабочей поверхности, с канавками, расположенными вдоль образующей цилиндра, где: 1 - формообразующая подложка, 4 - поверхность формообразующей подложки.
На фиг. 9 показана аксонометрическая проекция киральной структуры с формообразующей подложкой, представляющей собой цилиндрическую оболочку с рельефом на ее рабочей поверхности, с канавками, расположенными вдоль образующей цилиндра, где: 1 - формообразующая подложка, 4 - поверхность формообразующей подложки, 6 - стенки канавки.
На фиг. 10 показан вид с торца цилиндра киральной структуры с формообразующей подложкой, представляющей собой цилиндрическую оболочку с рельефом на ее рабочей поверхности, с канавками, расположенными вдоль образующей цилиндра, где: 1 - формообразующая подложка, 3 - канавка, 6 - стенки канавки.
На фиг. 11 показан вид сверху киральной структуры с формообразующей подложкой, представляющей собой цилиндрическую оболочку с рельефом на ее рабочей поверхности, с канавками, расположенными вдоль образующей цилиндра, где: 3 - канавка.
На фиг. 12 показан фрагмент формообразующей подложки, демонстрирующий выполнение боковой стенки канавки в виде склона ступенчатой формы, с террасами и уступами, где: 1 - формообразующая подложка, 7 - терраса, 8 - уступ.
На фиг. 13 представлен вид спирального элемента без формообразующей подложки.
На фиг. 14: а) представлена фотография формообразующей подложки без функционального слоя; б) фотография поверхности готовой киральной структуры; в) представлены результаты измерений вращения плоскости поляризации образца с плоской формообразующей подложкой со спиральными элементами на квазиоптической линии (f=145,5 ГГц).
Достижение технического результата в предлагаемом способе базируется на следующем.
Во-первых, на использовании аддитивной технологии для изготовления формообразующей подложки целиком.
Во-вторых, на использовании материала для подложки, поддающегося объемному структурированию посредством аддитивной технологии и не вносящего вклад в киральные электромагнитные свойства структуры.
В-третьих, на изготовлении рельефа на рабочей поверхности формообразующей подложки, обеспечивающего киральность структуры и задающего участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя.
В-четвертых, на изготовлении аддитивной технологией целиком формообразующей подложки с рельефом на рабочей поверхности, а не частично, как в приведенном выше ближайшем аналоге.
В качестве аддитивных технологий в предлагаемом способе в целях достижения технического результата, можно использовать PolyJet, Stereolithography (стереолитография), Inkjet, FDM (Fused deposition modeling), 3DP (3D printing), LOM (Laminated Object Manufacturing), и технологии, основанные на DW (Direct writing), например, DLW (Direct laser writing), которая применена в ближайшем аналоге. В качестве используемых материалов - фотополимеры (серия материалов FullCure), фотополимерные смолы, термопластики (ABS, PLA пластики), керамика. Указанные технологии и используемые материалы описаны в публикациях: «А review on 3D micro-additive manufacturing technologies» Mohammad Vaezi, Hermann Seitz, Shoufeng Yang. Int J Adv Manuf Technol (2013) 67:1721-1754; «Additive nanomanufacturing - A review» D.S. Engstrom, B. Porter, M. Pacios, H. Bhaskaran. J. Mater. Res., 2014; «A review of non-contact micro- and nano-printing technologies» Changhai Ru, Jun Luo, Shaorong Xie, Yu Sun, Journal of Micromechanics and Microengineering, 24 (2014) 053001 (11 pp).
Аддитивная технология - технология послойного синтеза, процесс послойного создания 3D объектов из компьютерной модели. Использование аддитивной технологии позволяет задавать с высокой точностью любую форму и рельеф формообразующей подложки, что лежит в основе достижения технического результата.
В общем случае формообразующая подложка 1 (см. фиг. 1-2), получаемая в рассматриваемом способе, представляет собой оболочку с рельефом на ее рабочей поверхности, обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя 2.
Оболочку изготавливают в виде пластины (см. фиг. 1-4). В альтернативном варианте оболочку изготавливают с кривой двумерной поверхностью (см. фиг. 5-11). Так, оболочку изготавливают с кривой двумерной поверхностью - цилиндрической. Кроме цилиндрической формы оболочку можно изготовить, например, сферической, эллипсоидальной, геликоидальной формы, в форме однополостного гиперболоида.
Для изготовления рельефа проводят объемное структурирование материала, из которого изготавливают формообразующую подложку 1. При изготовлении подложки, берут материал, поддающийся объемному структурированию посредством той аддитивной технологии, которую используют в целях изготовления подложки. Кроме удовлетворения требованию возможности объемного структурирования используемой аддитивной технологией, материал выбирают исходя из условия, что он не вносит вклад в киральные электромагнитные свойства структуры.
В частности, формообразующую подложку 1, обеспечивающую киральность структуры, изготавливают с помощью PolyJet аддитивной технологии из фотополимера на основе акрила FullCure 720 Transparent.
При выборе другого вида аддитивной технологии, соответственно, используют материал, пригодный для создания подложки и структурирования с целью получения рельефа выбранной технологией с учетом отсутствия со стороны материала вклада в киральные электромагнитные свойства структуры. Альтернативно возможно использование в предлагаемом способе вышеприведенных видов аддитивных технологий и указанных к ним материалов.
Объемное структурирование, в зависимости от вида изготавливаемого кирального элемента в структуре, может осуществляться разными вариантами. Приведем некоторые варианты структурирования.
Объемное структурирование материала подложки с получением требуемого рельефа осуществляют следующим образом. Для получения спиральных элементов (см. фиг. 1-4) и при изготовлении формообразующей подложки 1 как оболочки в виде плоской пластины, со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат. Структурирование выполняют в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости. Этим получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок 3. Канавки 3 имеют в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости (см. фиг. 3). Канавки 3 характеризуются в продольном направлении по всей длине постоянной поперечной конфигурацией. Кроме того, канавки 3 выполняют с искривленным дном 5, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая, искривление дна 5, распространяется в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок 3. При этом вершины синусоиды, задающей искривление дна 5, и вершины синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки 3 располагают в одной плоскости. Указанная плоскость ортогональна направлению распространения синусоид. Поверхность 4 формообразующей подложки характеризуется тем же самым искривлением синусоидального характера, которым характеризуется дно 5, с той же самой ориентацией синусоиды, задающей искривление поверхности 4, в пространстве. Это обеспечивает то, что канавки 3 характеризуются в продольном направлении по всей длине постоянной поперечной конфигурацией.
Таким образом, структурирование канавки синусоидальным образом задает геометрию функционального слоя в виде спиралей.
Объемное структурирование материала подложки с получением рельефа, обеспечивающее киральность структуры, при получении спиралеобразных с разной кривизной витков элементов осуществляют следующим образом. При изготовлении формообразующей подложки как оболочки в виде плоской пластины со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат. Структурирование осуществляют в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости. За счет структурирования получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости. Канавки имеют в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Канавки выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая, искривление дна, распространяется в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок. При этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в разных плоскостях, ортогональных направлению распространения синусоид. Поверхность формообразующей подложки характеризуется тем же самым искривлением синусоидального характера, которым характеризуется дно, с той же самой ориентацией синусоиды, задающей искривление поверхности, в пространстве.
Объемное структурирование материала подложки с получением рельефа, обеспечивающее киральность структуры, при получении полукольцевых и/или S-образных элементов осуществляют следующим образом. При изготовлении формообразующей подложки как оболочки в виде плоской пластины со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат, в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости. Структурирование обеспечивает получение со стороны рабочей поверхности рельефа из периодически расположенных канавок. Канавки имеют в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости. Канавки имеют в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Кроме того, канавки выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая, искривление дна, распространяется в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок. При этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, ортогональной направлению распространения синусоид. Поверхность формообразующей подложки характеризуется тем же самым искривлением синусоидального характера, которым характеризуется дно, с той же самой ориентацией синусоиды, задающей искривление поверхности, в пространстве. Для получения указанной формы киральных элементов при выполнении описанного структурирования, осаждая функциональный электромагнитный слой на формообразующую подложку, необходимо пользоваться маской-шаблоном.
При нанесении на рабочую поверхность функционального электромагнитного слоя используют маску-шаблон, предотвращающий нанесение функционального электромагнитного слоя на следующие участки канавки. При получении полукольцевых элементов - на участки с конфигурацией, совпадающей с полупериодом синусоиды. При получении S-образных элементов - на участки с конфигурацией, совпадающей с частью синусоиды, включая первую и четвертую четверти каждого периода синусоиды, либо вторую и третью четверти каждого периода синусоиды. При получении полукольцевых и S-образных элементов в структуре - на участки с конфигурацией, совпадающей с полупериодом синусоиды, и на участки с конфигурацией, совпадающей с частью синусоиды, включая первую и четвертую четверти каждого периода синусоиды, либо вторую и третью четверти каждого периода синусоиды.
Объемное структурирование материала подложки с получением рельефа, обеспечивающее киральность структуры, посредством аддитивной технологии в случае получения спиральных элементов на формообразующей подложки 1, представляющей собой оболочку с кривой двумерной поверхностью (см. фиг. 5-11), например, цилиндрической, осуществляют следующим образом. Со стороны рабочей поверхности подложки проводят структурирование по образующей и направляющей цилиндра, и в радиальном направлении. Со стороны рабочей поверхности получают рельеф из периодически расположенных канавок 3, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды (см. фиг. 5-7), лежащей на цилиндрической поверхности и распространяющейся по направляющей цилиндра. Канавки 3 имеют в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Канавки 3 выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая искривление дна, распространяется в направлении, совпадающем с направлением распространения синусоиды, лежащей на цилиндрической поверхности. Амплитуда синусоиды, задающей искривление дна, меняется в радиальном направлении. При этом вершины синусоиды, задающей искривление дна 5, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки 3 располагают в одной плоскости, образованной образующей и радиальным направлением. Поверхность 4 формообразующей подложки характеризуется искривлением того же синусоидального характера, которым характеризуется дно, той же ориентацией синусоиды, задающей искривление поверхности 4, в пространстве.
В другом варианте, при структурировании со стороны рабочей поверхности получают рельеф из периодически расположенных канавок 3, имеющих в поперечном направлении конфигурацию в виде синусоиды (см. фиг. 8-11), лежащей на цилиндрической поверхности и распространяющейся по образующей цилиндра. Канавки 3 в этом случае имеют в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Канавки 3 выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая искривление дна, распространяется в направлении, совпадающем с направлением распространения синусоиды, лежащей на цилиндрической поверхности. Амплитудой синусоиды, задающей искривление дна, меняется в радиальном направлении. При структурировании вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, ортогональной направлению распространения синусоид.
При структурировании стенки 6 (см. фиг. 1-11) канавок выполняют в виде плоскости с отрицательным наклоном. Указанное выполнение исключает возможность нанесения на стенки 6 функционального электромагнитного слоя 2. Указанное выполнение определяет расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя 2 после его нанесения на формообразующую подложку 1, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства. Для получения многоярусного функционального электромагнитного слоя 2, с количеством ярусов от двух и более, стенки 6 канавок выполняют в виде склона ступенчатой формы, с террасами 7 и уступами 8 (см фиг. 12). Причем каждый из уступов 8 выполняют в виде плоскости с отрицательным наклоном. Указанным выполнением стенок 6 канавки исключается возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя 2, определяется этим расположение и геометрия функционального электромагнитного слоя 2 на формообразующей подложке 1, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
Функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, минимальной толщины, при которой возможно существование сплошного слоя, и более.
В частности, функциональный электромагнитный слой выполняют из Al, толщиной от 20 до 100 нм. Функциональный электромагнитный слой может быть сформирован методом термического напыления с характерным островковым механизмом роста, приводящим к формированию сплошного слоя. Он может быть выполнен минимально возможной толщины сплошного слоя. Указанная толщина соответствует толщине напыленного металла, при которой отдельные островки смыкаются, образуя сплошной слой. В количественном выражении минимально возможная толщина сплошного слоя соответствует толщине от 20 до 30 нм. Верхняя граница толщины функционального электромагнитного слоя не ограничена и задается исходя из требования к рабочим параметрам изготавливаемой киральной структуры. При напылении металла на структурированную формообразующую подложку (изогнутую оболочку) напыление выполняют последовательно на области, перпендикулярные падающему пучку (при вращении оболочки).
Функциональный электромагнитный слой может быть отделен от формообразующей подложки после окончания изготовления киральной структуры (см. фиг. 13).
Киральные структуры или, как их еще называют - метаматериалы, способны изменять поляризационные характеристики света в десятки и сотни тысяч раз сильнее, чем естественные оптические среды. Самыми эффективными киральными метаматериалами являются массивы проводящих объемных спиралей.
Предлагаемый способ позволяет осуществлять формирование оригинальных дешевых радио- (СВЧ) и терагерцовых киральных метаматериалов больших площадей со спиральными металл-полимерными резонансными элементами и гигантской оптической активностью. Изготовление включает: 1) изготовление вышеописанной формообразующей подложки с рельефом со стороны рабочей поверхности, обеспечивающим киральность, задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя; 2) напыление металла на указанные участки. Предлагаемым способом сформирован киральный метаматериал в виде двойной решетки параллельных алюминиевых спиралей, вращающий плоскость поляризации проходящего излучения (f=37,9 ГГц) на 15° при пропускании 0,34, а при (f=145,5 ГГц) на 30°. На фиг. 14 а) и б) представлены фотографии изготовленных структур по предлагаемому способу, а) - в стадии готовности формообразующей подложки, б) в финальной стадии после напыления Al. На фиг. 14 в) представлены результаты измерений вращения плоскости поляризации образца на квазиоптической линии (f=145,5 ГГц).
Предложенное техническое решение открывает возможности формирования дешевых метаматериалов большой площади.
Возможность реализации способа иллюстрируют нижеследующие примеры конкретного выполнения киральной структуры.
Пример 1.
При изготовлении киральной электромагнитной структуры, включающем изготовление N киральных элементов с N≥1, сначала изготавливают целиком формообразующую подложку с рельефом на ее рабочей поверхности. Рельеф формируют обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя. Для изготовления в целом подложки с рельефом применяют аддитивную технологию и используют материал для подложки, поддающийся объемному структурированию посредством аддитивной технологии с получением указанного рельефа, не вносящий вклад в киральные электромагнитные свойства структуры.
Формообразующую подложку, обеспечивающую киральность структуры, изготавливают с помощью PolyJet аддитивной технологии из фотополимера на основе акрила FullCure 720 Transparent. Формообразующую подложку изготавливают в виде оболочки - пластины с указанным рельефом на ее рабочей поверхности, обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя.
Объемное структурирование материала подложки для получения N спиральных элементов с N≥1 осуществляют следующим образом.
Со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат, в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости. Этим получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости. Канавки при структурировании выполняют имеющими в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Кроме того, при структурировании канавки выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая искривление дна, распространяется в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок. При этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости. Плоскость расположения вершин синусоид ортогональна направлению распространения синусоид.
Кроме того, при структурировании стенки канавок выполняют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
Затем на рабочую поверхность подложки наносят функциональный электромагнитный слой с заданной рельефом геометрией, обеспечивающей киральные электромагнитные свойства, заканчивая формирование N киральных элементов с N≥1.
Функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, минимальной толщины, при которой возможно существование сплошного слоя - 20 нм, из Al.
Пример 2.
При изготовлении киральной электромагнитной структуры, включающем изготовление N киральных элементов с N≥1, сначала изготавливают целиком формообразующую подложку с рельефом на ее рабочей поверхности. Рельеф формируют обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя. Для изготовления в целом подложки с рельефом применяют аддитивную технологию и используют материал для подложки, поддающийся объемному структурированию посредством аддитивной технологии с получением указанного рельефа, не вносящий вклад в киральные электромагнитные свойства структуры.
Формообразующую подложку, обеспечивающую киральность структуры, изготавливают с помощью PolyJet аддитивной технологии из фотополимера на основе акрила FullCure 720 Transparent. Формообразующую подложку изготавливают в виде оболочки - пластины с указанным рельефом на ее рабочей поверхности, обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя.
Объемное структурирование материала подложки для получения N спиральных элементов с N≥1, характеризующихся разной кривизной витков, осуществляют следующим образом.
Со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат, в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости. Этим получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости. Канавки при структурировании выполняют имеющими в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Кроме того, при структурировании канавки выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая искривление дна, распространяется в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок. При этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в разных плоскостях, ортогональных направлению распространения синусоид. Плоскость расположения вершин синусоид ортогональна направлению распространения синусоид.
Кроме того, при структурировании для получения многоярусного функционального электромагнитного слоя, с количеством ярусов от двух и более, стенки канавок выполняют в виде склона ступенчатой формы, с террасами и уступами. Уступы формируют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
Затем на рабочую поверхность подложки наносят функциональный электромагнитный слой с заданной рельефом геометрией, обеспечивающей киральные электромагнитные свойства, заканчивая формирование N киральных элементов с N≥1.
Функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, более минимальной толщины, при которой возможно существование сплошного слоя - 100 нм, из Al.
Пример 3.
При изготовлении киральной электромагнитной структуры, включающем изготовление N киральных элементов с N≥1, сначала изготавливают целиком формообразующую подложку с рельефом на ее рабочей поверхности. Рельеф формируют обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя. Для изготовления в целом подложки с рельефом применяют аддитивную технологию и используют материал для подложки, поддающийся объемному структурированию посредством аддитивной технологии с получением указанного рельефа, не вносящий вклад в киральные электромагнитные свойства структуры.
Формообразующую подложку, обеспечивающую киральность структуры, изготавливают с помощью PolyJet аддитивной технологии из фотополимера на основе акрила FullCure 720 Transparent. Формообразующую подложку изготавливают в виде оболочки - пластины с указанным рельефом на ее рабочей поверхности, обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя.
Объемное структурирование материала подложки для получения N кольцеобразных, в виде полукольца, элементов с N≥1, осуществляют следующим образом.
Со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат, в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости. Этим получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости. Канавки при структурировании выполняют имеющими в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Кроме того, при структурировании канавки выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая искривление дна, распространяется в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок. При этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, ортогональной направлению распространения синусоид. Плоскость расположения вершин синусоид ортогональна направлению распространения синусоид.
Кроме того, при структурировании для получения многоярусного функционального электромагнитного слоя, с количеством ярусов от двух и более, стенки канавок выполняют в виде склона ступенчатой формы, с террасами и уступами. Уступы формируют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
Затем на рабочую поверхность подложки наносят функциональный электромагнитный слой с заданной рельефом геометрией, обеспечивающей киральные электромагнитные свойства, заканчивая формирование N киральных элементов с N≥1. При нанесении на рабочую поверхность функционального электромагнитного слоя используют маску-шаблон, предотвращающий нанесение функционального электромагнитного слоя на участки канавки. При получении полукольцевых элементов - на участки с конфигурацией, совпадающей с полупериодом синусоиды.
Функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, более минимальной толщины, при которой возможно существование сплошного слоя - 95 нм, из Al.
Пример 4.
При изготовлении киральной электромагнитной структуры, включающем изготовление N киральных элементов с N≥1, сначала изготавливают целиком формообразующую подложку с рельефом на ее рабочей поверхности. Рельеф формируют обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя. Для изготовления в целом подложки с рельефом применяют аддитивную технологию и используют материал для подложки, поддающийся объемному структурированию посредством аддитивной технологии с получением указанного рельефа, не вносящий вклад в киральные электромагнитные свойства структуры.
Формообразующую подложку, обеспечивающую киральность структуры, изготавливают с помощью PolyJet аддитивной технологии из фотополимера на основе акрила FullCure 720 Transparent. Формообразующую подложку изготавливают в виде оболочки - пластины с указанным рельефом на ее рабочей поверхности, обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя.
Объемное структурирование материала подложки для получения N S-образных элементов с N≥1, осуществляют следующим образом.
Со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат, в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости. Этим получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости. Канавки при структурировании выполняют имеющими в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Кроме того, при структурировании канавки выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая искривление дна, распространяется в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок. При этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, ортогональной направлению распространения синусоид. Плоскость расположения вершин синусоид ортогональна направлению распространения синусоид.
Кроме того, при структурировании стенки канавок выполняют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
Затем на рабочую поверхность подложки наносят функциональный электромагнитный слой с заданной рельефом геометрией, обеспечивающей киральные электромагнитные свойства, заканчивая формирование N киральных элементов с N≥1. При нанесении на рабочую поверхность функционального электромагнитного слоя используют маску-шаблон, предотвращающий нанесение функционального электромагнитного слоя на участки канавки. При получении S-образных элементов - на участки с конфигурацией, совпадающей с частью синусоиды, включая первую и четвертую четверти каждого периода синусоиды.
Функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, более минимальной толщины, при которой возможно существование сплошного слоя - 90 нм, из Al.
Пример 5.
При изготовлении киральной электромагнитной структуры, включающем изготовление N киральных элементов с N≥1, сначала изготавливают целиком формообразующую подложку с рельефом на ее рабочей поверхности. Рельеф формируют обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя. Для изготовления в целом подложки с рельефом применяют аддитивную технологию и используют материал для подложки, поддающийся объемному структурированию посредством аддитивной технологии с получением указанного рельефа, не вносящий вклад в киральные электромагнитные свойства структуры.
Формообразующую подложку, обеспечивающую киральность структуры, изготавливают с помощью PolyJet аддитивной технологии из фотополимера на основе акрила FullCure 720 Transparent. Формообразующую подложку изготавливают в виде оболочки - пластины с указанным рельефом на ее рабочей поверхности, обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя.
Объемное структурирование материала подложки для получения N S-образных элементов с N≥1, осуществляют следующим образом.
Со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат, в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости. Этим получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости. Канавки при структурировании выполняют имеющими в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Кроме того, при структурировании канавки выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая искривление дна, распространяется в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок. При этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, ортогональной направлению распространения синусоид. Плоскость расположения вершин синусоид ортогональна направлению распространения синусоид.
Кроме того, при структурировании стенки канавок выполняют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
Затем на рабочую поверхность подложки наносят функциональный электромагнитный слой с заданной рельефом геометрией, обеспечивающей киральные электромагнитные свойства, заканчивая формирование N киральных элементов с N≥1. При нанесении на рабочую поверхность функционального электромагнитного слоя используют маску-шаблон, предотвращающий нанесение функционального электромагнитного слоя на участки канавки. При получении S-образных элементов - на участки с конфигурацией, совпадающей с частью синусоиды, включая вторую и третью четверти каждого периода синусоиды.
Функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, более минимальной толщины, при которой возможно существование сплошного слоя - 100 нм, из Al.
Пример 6.
При изготовлении киральной электромагнитной структуры, включающем изготовление N киральных элементов с N≥1, сначала изготавливают целиком формообразующую подложку с рельефом на ее рабочей поверхности. Рельеф формируют обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя. Для изготовления в целом подложки с рельефом применяют аддитивную технологию и используют материал для подложки, поддающийся объемному структурированию посредством аддитивной технологии с получением указанного рельефа, не вносящий вклад в киральные электромагнитные свойства структуры.
Формообразующую подложку, обеспечивающую киральность структуры, изготавливают с помощью PolyJet аддитивной технологии из фотополимера на основе акрила FullCure 720 Transparent. Формообразующую подложку изготавливают в виде оболочки - пластины с указанным рельефом на ее рабочей поверхности, обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя.
Объемное структурирование материала подложки для получения N полукольцевых и S-образных элементов с N≥1, осуществляют следующим образом.
Со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат, в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости. Этим получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости. Канавки при структурировании выполняют имеющими в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Кроме того, при структурировании канавки выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая искривление дна, распространяется в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок. При этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, ортогональной направлению распространения синусоид. Плоскость расположения вершин синусоид ортогональна направлению распространения синусоид.
Кроме того, при структурировании стенки канавок выполняют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
Затем на рабочую поверхность подложки наносят функциональный электромагнитный слой с заданной рельефом геометрией, обеспечивающей киральные электромагнитные свойства, заканчивая формирование N киральных элементов с N≥1. При нанесении на рабочую поверхность функционального электромагнитного слоя используют маску-шаблон, предотвращающий нанесение функционального электромагнитного слоя на участки канавки. При получении полукольцевых и S-образных элементов в структуре - на участки с конфигурацией, совпадающей с полупериодом синусоиды, и на участки с конфигурацией, совпадающей с частью синусоиды, включая первую и четвертую четверти каждого периода синусоиды.
Функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, более минимальной толщины, при которой возможно существование сплошного слоя - 100 нм, из Al.
Пример 7.
При изготовлении киральной электромагнитной структуры, включающем изготовление N киральных элементов с N≥1, сначала изготавливают целиком формообразующую подложку с рельефом на ее рабочей поверхности. Рельеф формируют обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя. Для изготовления в целом подложки с рельефом применяют аддитивную технологию и используют материал для подложки, поддающийся объемному структурированию посредством аддитивной технологии с получением указанного рельефа, не вносящий вклад в киральные электромагнитные свойства структуры.
Формообразующую подложку, обеспечивающую киральность структуры, изготавливают с помощью PolyJet аддитивной технологии из фотополимера на основе акрила FullCure 720 Transparent. Формообразующую подложку изготавливают в виде оболочки - пластины с указанным рельефом на ее рабочей поверхности, обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя.
Объемное структурирование материала подложки для получения N полукольцевых и S-образных элементов с N≥1, осуществляют следующим образом.
Со стороны рабочей поверхности подложку структурируют в направлениях, совпадающих с осями ортогональной системы координат, в плоскости, образуемой двумя ортогональными направлениями, и в направлении нормали к указанной плоскости. Этим получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок, имеющих в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, распространяющейся в указанной плоскости. Канавки при структурировании выполняют имеющими в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Кроме того, при структурировании канавки выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая искривление дна, распространяется в плоскости, образованной нормалью и направлением расположения канавок. При этом вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, ортогональной направлению распространения синусоид. Плоскость расположения вершин синусоид ортогональна направлению распространения синусоид.
Кроме того, при структурировании для получения многоярусного функционального электромагнитного слоя, с количеством ярусов от двух и более, стенки канавок выполняют в виде склона ступенчатой формы, с террасами и уступами. Уступы формируют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
Затем на рабочую поверхность подложки наносят функциональный электромагнитный слой с заданной рельефом геометрией, обеспечивающей киральные электромагнитные свойства, заканчивая формирование N киральных элементов с N≥1. При нанесении на рабочую поверхность функционального электромагнитного слоя используют маску-шаблон, предотвращающий нанесение функционального электромагнитного слоя на участки канавки. При получении полукольцевых и S-образных элементов в структуре - на участки с конфигурацией, совпадающей с полупериодом синусоиды, и на участки с конфигурацией, совпадающей с частью синусоиды, включая вторую и третью четверти каждого периода синусоиды.
Функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, более минимальной толщины, при которой возможно существование сплошного слоя - 100 нм, из Al.
Пример 8.
При изготовлении киральной электромагнитной структуры, включающем изготовление N киральных элементов с N≥1, сначала изготавливают целиком формообразующую подложку с рельефом на ее рабочей поверхности. Рельеф формируют обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя. Для изготовления в целом подложки с рельефом применяют аддитивную технологию и используют материал для подложки, поддающийся объемному структурированию посредством аддитивной технологии с получением указанного рельефа, не вносящий вклад в киральные электромагнитные свойства структуры.
Формообразующую подложку, обеспечивающую киральность структуры, изготавливают с помощью PolyJet аддитивной технологии из фотополимера на основе акрила FullCure 720 Transparent. Формообразующую подложку изготавливают в виде оболочки с кривой двумерной поверхностью - цилиндрической, с указанным рельефом на ее рабочей поверхности, обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя.
Объемное структурирование материала подложки для получения N спиральных элементов с N≥1 осуществляют следующим образом.
Со стороны рабочей поверхности подложку структурируют по образующей и направляющей цилиндра, и в радиальном направлении. Получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок. Канавки имеют в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, лежащей на цилиндрической поверхности и распространяющейся по направляющей цилиндра. Кроме того, канавки имеют в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Канавки выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая искривление дна, распространяется в направлении, совпадающем с направлением распространения синусоиды, лежащей на цилиндрической поверхности. Амплитуда синусоиды, задающей искривление дна, меняется в радиальном направлении. При структурировании вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, образованной образующей и радиальным направлением.
При структурировании стенки канавок выполняют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
Затем на рабочую поверхность подложки наносят функциональный электромагнитный слой с заданной рельефом геометрией, обеспечивающей киральные электромагнитные свойства, заканчивая формирование N киральных элементов с N≥1.
Функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, более минимальной толщины, при которой возможно существование сплошного слоя - 100 нм, из Al.
Пример 9.
При изготовлении киральной электромагнитной структуры, включающем изготовление N киральных элементов с N≥1, сначала изготавливают целиком формообразующую подложку с рельефом на ее рабочей поверхности. Рельеф формируют обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя. Для изготовления в целом подложки с рельефом применяют аддитивную технологию и используют материал для подложки, поддающийся объемному структурированию посредством аддитивной технологии с получением указанного рельефа, не вносящий вклад в киральные электромагнитные свойства структуры.
Формообразующую подложку, обеспечивающую киральность структуры, изготавливают с помощью PolyJet аддитивной технологии из фотополимера на основе акрила FullCure 720 Transparent. Формообразующую подложку изготавливают в виде оболочки с кривой двумерной поверхностью - цилиндрической, с указанным рельефом на ее рабочей поверхности, обеспечивающим киральность структуры и задающим участки на рабочей поверхности для нанесения функционального электромагнитного слоя.
Объемное структурирование материала подложки для получения N спиральных элементов с N≥1 осуществляют следующим образом.
Со стороны рабочей поверхности подложку структурируют по образующей и направляющей цилиндра, и в радиальном направлении. Получают со стороны рабочей поверхности рельеф из периодически расположенных канавок. Канавки имеют в продольном направлении конфигурацию в виде синусоиды, лежащей на цилиндрической поверхности и распространяющейся по образующей цилиндра. Кроме того, канавки имеют в продольном направлении по всей длине постоянную поперечную конфигурацию. Канавки выполняют с искривленным дном, характеризующимся искривлением синусоидального характера. Синусоида, задающая искривление дна, распространяется в направлении, совпадающем с направлением распространения синусоиды, лежащей на цилиндрической поверхности. Амплитуда синусоиды, задающей искривление дна, меняется в радиальном направлении. При структурировании вершины синусоиды, задающей искривление дна, и синусоиды конфигурации в продольном направлении канавки располагают в одной плоскости, ортогональной направлению распространения синусоид.
Кроме того, при структурировании для получения многоярусного функционального электромагнитного слоя, с количеством ярусов от двух и более, стенки канавок выполняют в виде склона ступенчатой формы, с террасами и уступами. Уступы формируют в виде плоскости с отрицательным наклоном, исключающим возможность нанесения на них функционального электромагнитного слоя, определяя этим расположение и геометрию функционального электромагнитного слоя на формообразующей подложке, обеспечивающие киральные электромагнитные свойства.
Затем на рабочую поверхность подложки наносят функциональный электромагнитный слой с заданной рельефом геометрией, обеспечивающей киральные электромагнитные свойства, заканчивая формирование N киральных элементов с N≥1.
Функциональный электромагнитный слой выполняют из металла, более минимальной толщины, при которой возможно существование сплошного слоя - 100 нм, из Al.