Нанометр уже писал о материалах с отрицательным показателем преломления (метаматериалах, левых средах). Электромагнитная волна, распространяющаяся в метаматериале, имеет противоположно направленные вектор Пойнтинга (связывается с переносом энергии) и волновой вектор (связывается с направлением распространения электромагнитной волны). Диэлектрическая и магнитная проницаемости в определенном частотном диапазоне принимают отрицательные значения. Метаматериалы представляют собой композиционные периодические структуры, свойства которых определяются не столько свойствами входящих в состав компонентов, сколько самой микроструктурой. Такую структуру можно рассматривать как сплошную для длин волн, заметно превосходящих размер составляющих ее элементов и расстояние между ними.
Примером материала с отрицательным показателем преломления в ближнем ИК диапазоне являются чередующиеся слои "металл-диэлектрик-металл" общей толщиной порядка 100 нм со сквозными отверстиями размерами от 100 до 500 нм и периодом порядка 500 нм, изготовленные методом ионно-лучевой литографии. Достоинством метода является его прекрасная разрешающая способность в микрометровом диапазоне вплоть до 0.01-0.02 мкм, что хорошо согласуется с параметрами рельефа структуры. Однако медленная скорость формирования рельефа и сложность технологического процесса, который необходимо повторять каждый раз для получения нового образца, затрудняют производство таких структур, в особенности, если их размеры достаточно велики.
Американский коллектив ученых предлагает печатный метод изготовления трехмерных структур "nanotransfer printing". Статья, посвященная этой теме, опубликована в свежем выпуске журнала Nature Nanotechnology. В работе была получена 11-ти слойная структура площадью 6,5 см2 со сквозными отверстиями, эффективный показатель преломления Re(n)=-7 на длине волны излучения 2,4 мкм (рис.1). На рис.1а схематически показаны основные этапы предложенной технологии. Сначала необходимо изготовить шаблон-печать, который в дальнейшем может быть многократно использован для нанесения (печати) желаемой структуры на подложку. Для изготовления шаблона используется метод литографии (soft nanoimprint lithography), с помощью которого формируют рельеф на кремниевой заготовке (рис.1b слева). Глубина протравленных в кремниевой заготовке отверстий - 1 мкм, период структуры 850 нм. Когда шаблон готов, на него методом электронно-лучевого напыления из газовой фазы (electron beam evaporation, physical vapor deposition) наносятся слои Ag (30 нм) и MgF2 (50 нм), в общей сложности 11 чередующихся слоев толщиной 430 нм (рис.1b по центру). Толщина наносимого слоя из Ag и MgF2 меньше глубины отверстий в шаблоне и напыляемые материалы оседают преимущественно на верхней плоской поверхности шаблона, хотя небольшая часть может осесть на стенках отверстий. Для облегчения процесса печати к напыленной структуре прикладывается слой папиросной бумаги, которая пропитывается 5% раствором плавиковой кислоты HF (рис.2). Затем на шаблон прикладывается подложка из полидиметилсилоксана (polydimethylsiloxane, PDMS): на подложке делается "оттиск" чередующихся "продырявленных" слоев серебра и фторида магния - структуры с отрицательным показателем преломления (рис.1b справа). При необходимости напечатанную структуру можно перенести на другую подложку. Остатки материала удаляются из шаблона, чтобы подготовить его к очередному кругу печати. В отличие от литографии, достоинством предложенной технологии являются низкие рабочие температуры и отсутствие тепловой и химической деградации материала, а также возможность печати на подложках большой площади.
На рис. 3 показаны три копии многослойной структуры, сделанные с использованием одного и того же шаблона, и СЭМ изображения этих образцов, свидетельствующие об однородности структуры материала и практическом отсутствии дефектов. На рис.4 показаны экспериментальные графики зависимости коэффициентов пропускания и отражения от длины волны излучения для структуры, состоящей из 3-х слоев (рис.4a) и 11-ти слоев соответственно (рис.4b). Как считают исследователи, полученные результаты свидетельствуют о перспективе применения данной технологии для изготовления трехмерных структур с отрицательным показателем преломления. Исследователи не исключают возможности комбинирования этой технологии с уже существующими (например, литографией).
