Hiện nay, việc nghiên cứu phát triển công nghệ quang tử nói chung và chế tạo các tinh thể quang tử (PC) hay vi cấu trúc quang học nói riêng cũng như khai thác ứng dụng các tính chất của chúng đang được triển khai rộng rãi tại các phòng thí nghiệm lớn ở cấp độ quốc tế tại các nước tiên tiến như Mỹ, Nhật, Đức và Pháp. Vì vậy, việc phát triển các kỹ thuật, phương pháp, vật liệu và linh kiện quang tử như đề ra trong nhiệm vụ này là một nhu cầu cần thiết cho khoa học công nghệ Việt Nam, đặc biệt là trong lĩnh vực vật lý. Phương pháp khắc laser (direct laser writing) sử dụng vật liệu polyme làm khuôn là một phương pháp hiệu quả cao để chế tạo các cấu trúc vi quang học (như cấu trúc buồng vi cộng hưởng, cũng như cấu trúc tinh thể quang tử).

Phương pháp này dựa trên sự hấp thụ của vật liệu đối với một hoặc hai photon và thay đổi tính chất hóa học của nó (polyme hóa hoặc phá vỡ liên kết polyme) xảy ra tại tiêu cự của hệ quang học. Từ đó, chúng ta có thể tạo ra các cấu trúc 1 chiều (1D), 2 chiều (2D), 3 chiều (3D), hoặc cấu trúc bất kỳ, bằng cách dịch chuyển điểm hội tụ trong polyme nhờ vào hệ thống PZT (gốm áp điện) ba chiều. Phương pháp này cũng cho phép chế tạo cấu trúc và các hạt nano phục vụ nghiên cứu các tính chất quang và từ. Vì vậy, việc xây dựng hệ chế tạo cấu trúc bằng phương pháp quang khắc laser đầu tiên ở Việt Nam là nhu cầu cần thiết để nâng cao năng lực nghiên cứu chế tạo cấu trúc và linh kiện quang tử.

Trên cơ sở đó, dựa theo định hướng phát triển vật lý đến năm 2020, định hướng nghiên cứu ưu tiên của ngành Vật lý đến năm 2020 tầm nhìn 2030, nhóm nghiên cứu Viện Khoa Học Vật Liệu, Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam do PGS. TS. Trần Quốc Tiến làm chủ nhiệm đã đề xuất và được giao thực hiện nhiệm vụ: “Nghiên cứu phát triển công nghệ khắc laser dùng chế tạo vi cấu trúc quang tử trên cơ sở vật liệu polymer và vật liệu lai hữu cơ - vô cơ định hướng ứng dụng làm cảm biến trong hóa môi trường”.

Trong thời gian 3 năm, đề tài đã thực hiện một khối lượng lớn công việc từ xây dựng hệ thiết bị đến chế tạo thử nghiệm linh kiện, hoàn thành tất cả các nội dung nghiên cứu đã đăng ký với các kết quả thu được cụ thể như sau:

· Xây dựng thành công hệ thiết bị khắc laser trực tiếp trên cơ sở nguyên lý LOPA, hoạt động ổn định, cho phép chế tạo được các cấu trúc quang tử trên polymer với kích thước nano, đáp ứng được các thông số kỹ thuật theo yêu cầu đề ra; thiết lập bộ hồ sơ thiết kế và hướng dẫn sử dụng một cách chi tiết hệ thiết bị.

· Chế tạo thành công các cấu trúc quang tử 1D, 2D, 3D với phân giải không gian của cấu trúc từ 200 - 500 nm trên cơ sở đó hoàn thiện quy trình công nghệ khắc laser trực tiếp chế tạo vi cấu trúc quang tử trên các vật liệu nhạy quang.

· Chế tạo thử nghiệm được 02 loại cảm biến quang tử dựa trên kỹ thuật khắc laser có thể phát hiện dư lượng thuốc bảo vệ thực vật đáp ứng yêu cầu và đã đánh giá kết quả cùng với đơn vị phối hợp.

· Trên cơ sở các kết quả khoa học thu được đã công bố được 03 công trình trên các tạp chí SCIE (trong đó có 02 công trình có chỉ số IF>2); đồng thời phối hợp xuất bản 02 chương sách tham khảo là kết quả nghiên cứu theo hướng của đề tài.

· Đề tài đã công bố được 02 đơn sở hữu trí tuệ gồm: 01 sáng chế và 01 giải pháp hữu ích chấp nhận đơn.

· Sản phẩm hỗ trợ đào tạo của đề tài gồm: 01 nghiên cứu sinh và 03 học viên cao học bảo vệ thành công. Các kết quả nói trên có ý nghĩa khoa học công nghệ lớn: chứng minh khả năng làm chủ công nghệ của đội ngũ cán bộ nghiên cứu tham gia đề tài, xây dựng thành công nhóm nghiên cứu về lĩnh vực chế tạo linh kiện quang tử cấu trúc micro-nano bằng khắc laser trực tiếp, tăng cường và mở rộng hợp tác quốc tế.

Kết quả thu được của đề tài cho phép phát triển tiếp các ý tưởng ứng dụng công nghệ khắc laser trong chế tạo linh kiện quang tử nhằm phát triển hướng nghiên cứu lâu dài.

Các kết quả của đề tài này đã đóng góp tích cực vào việc xây dựng thành công Hệ thống thiết bị và công nghệ khắc laser trực tiếp trên cơ sở hiệu ứng LOPA tại Việt Nam. Thiết bị này không những cho phép chế tạo cấu trúc quang tử, mà còn có thể dùng để khảo sát tính chất quang của các loại vật liệu ở cấp độ nano. Hệ thiết bị là hệ duy nhất ở Việt Nam áp dụng công nghệ khắc laser hy vọng sẽ mở ra rất nhiều hướng nghiên cứu mới, cũng như hợp tác mới giữa các cơ sở nghiên cứu của Việt Nam. Bên cạnh đó, sự hợp tác trao đổi, phổ biến kiến thức và kinh nghiệm đã hỗ trợ nhóm nghiên cứu Việt Nam làm chủ được kỹ thuật chế tạo nhiều loại vi cấu trúc quang tử một chiều, hai chiều, ba chiều kích thước nano mét trên cơ sở vật liệu nền polime, cũng như chế tạo cấu trúc plasmonic. Đồng thời đã thiết kế, chế tạo thử nghiệm được cảm biến quang tử cho hóa môi trường, hoàn thiện và đưa ra công bố được các kết quả nghiên cứu trên các tạp chí khoa học chuyên ngành quốc tế có uy tín, cũng như tham dự các hội nghị quốc tế về công nghệ và vật liệu nano. Đẩy mạnh được việc đào tạo nâng cao trình độ của các cán bộ nghiên cứu Việt Nam trong lĩnh vực khoa học công nghệ mới tiếp cận trình độ thế giới.

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài (Mã số 18253/2020) tại Cục Thông tin khoa học và công nghệ quốc gia.

P.T.T (NASATI)