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ナノスケールで金属を立体加工

2009年2月18日

2光子還元法で加工した
グラス状の金属構造物
(提供:理化学研究所)

金属をナノメートルというサイズで立体加工できる画期的な技術を理化学研究所の研究チームが開発した。新たな超高感度の化学・生体センサーや高効率の太陽電池、高輝度発光デバイス、ナノメートル光回路などのほか、心臓血管の狭窄部を支える微細なステントの加工など幅広い技術に利用できると期待されている。

理化学研究所基幹研究所の田中拓男・准主任研究員と武安伸幸・協力研究員らが開発した微細加工技術は、金属イオンをレーザーで還元して金属化させる2光子還元法という独自の手法を用いている。紫外線の半分のエネルギーしかない赤外線をレーザーに使ったところが、ポイントだ。赤外線レーザーをレンズで1点に集中させることで2光子吸収を起こし、金属イオンを金属化できる極めて光子密度が高い光の場を作り出すことができた。元々の赤外線レーザーはエネルギーが小さいから、狙った(レンズでレーザーを集中させた)所以外の金属イオンは、金属化しない。

もう一つの工夫は、金属化する場所をさらに微少な範囲に抑えるため、金属イオンとは反応せず生成した金属微粒子とだけ選択的に結合する界面活性剤を用いたこと。レーザー照射により金属の核ができた瞬間に、界面活性剤が金属表面を覆い、新たな金属原子が核表面に付着できなくなる。研究チームは、波長800ナノメートルの近赤外レーザー光を使用して、波長よりはるかに小さい120ナノメートルという線幅しかない銀の細線を作製することができた。

現在、エレクトロニクス素子などの製造には光リソグラフィーや電子線リソグラフィーといった微細加工技術が使われている。数十ナノメートルという高い分解能で配線加工が可能だが、平面状のパターンしかつくれない。3次元の金属構造を自在に形成する技術を確立したことは、微細加工技術におけるブレークスルーをもたらす成果だ、と研究チームは言っている。

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