Направляющая система для формирования атомного пучка заданной конфигурации

Система предназначена для формирования атомного пучка из потока атомов, создаваемого атомным источником. Система имеет входную (1) и выходную (2) поверхности и множество (3) полых каналов для транспортирования атомов, простирающихся между торцевыми поверхностями. Стенки каналов выполнены из диэлектрического материала, прозрачного для оптического когерентного излучения, и имеют внутреннюю поверхность, отражающую такое излучение. Входные (4) и выходные (7) части каналов имеют сечение, размер которого постоянен либо равномерно изменяется по длине, и продольные оси, ориентированные таким образом, чтобы совокупность продолжений каналов за пределы торцевых поверхностей соответствовала требуемым форме поперечного сечения и направлению выходного атомного пучка и требуемой зоне захвата атомов потока, создаваемого источником. Входные (4) и выходные (7) части каналов плавно сопряжены расположенными между ними частями (10). Данное техническое решение позволяет в рамках одной и той же конструктивной схемы получить средства для разнообразных преобразований исходного атомного потока и формирования интенсивных атомных пучков желаемых формы, размера и направления и может быть использовано в технологических процессах фабрикации наноструктур по принципу "снизу-вверх". 1 независимый и 7 зависимых пунктов формулы, 9 фигур чертежей.

Полезная модель относится к области нанотехнологий, а именно к средствам для управления потоком атомов, предназначенных для создания из них наноструктур, более конкретно - к направляющей системе для формирования атомного пучка требуемой конфигурации из потока нейтральных атомов, создаваемого источником указанных атомов.

Известно устройство для управления атомным пучком по патенту США №4,327,288 (опубл. 27.04.1982 [1]), содержащее зеркало с отверстием, через которое под углом к плоскости зеркала проходит исходный атомный пучок. Под углом к этому зеркалу и направлению атомного пучка установлена оптическая система, позволяющая совместно с зеркалом сформировать из падающего на зеркало лазерного излучения сходящийся оптический пучок, ориентированный вдоль оси исходного атомного пучка и охватывающий его. Под воздействием когерентного оптического излучения, частота которого имеет расстройку относительно частоты атомного перехода в "красную" сторону, атомный пучок коллимируется.

Известно другое устройство для управления атомным пучком, выполненное в виде конического зеркала (аксикона) с центральным отверстием, ориентированного своим расширением в сторону распространения атомного пучка, который подают от источника в упомянутое отверстие вдоль оси симметрии аксикона (В.И.Балыкин, В.С.Летохов, В.Г.Миногин. Охлаждение атомов давлением лазерного излучения. "Успехи физических наук", том 147, вып.1, сентябрь 1985, с.117-156 [2]). Для функционирования этого устройства на аксикон в направлении, противоположном направлению распространения атомного пучка, подается пучок когерентного оптического излучения. Отражаясь от зеркальной поверхности аксикона, лазерное излучение с расстройкой относительно частоты атомного перехода в "красную" сторону оказывает давление, направленное к оси устройства, на атомы, имеющие составляющую скорости, направленную от этой оси. В результате происходит "поперечное охлаждение" атомов, и угловая расходимость атомного пучка уменьшается, т.е. исходный пучок коллимируется.

Известно также устройство для управления атомным пучком, выполненное в виде разрезанного пополам аксикона, между двумя симметрично разнесенными частями которого пропускается исходный атомный пучок. Кроме того, устройство содержит два расположенных в одной и той же плоскости зеркала, установленных под углом 45° к оси атомного пучка, предназначенных для отражения в сторону указанных частей аксикона пучка лазерного излучения, направляемого на эти зеркала перпендикулярно к оси атомного пучка (В.И.Балыкин, В.С.Летохов, А.И.Сидоров. Фокусировка атомных пучков диссипативной силой светового давления лазерного излучения. "Письма в ЖЭТФ", том 43, вып.4, февраль 1986, с.172-174 [3]). Это устройство при частоте лазерного излучения, настроенной

в резонанс с частотой атомного перехода, осуществляет одномерное фокусирование (т.е. не в точку, а в штрих) атомного пучка. Аналогично может быть построено и двумерное фокусирующее устройство.

В патентах США №6,183,817 (опубл.06.02.2001 [4]) и №6,442,333 (опубл. 08.10.2002 [5]) описано средство для управления пучком атомов в виде двух пластин из материала, прозрачного для когерентного оптического излучения, которые на большей части своей длины параллельны друг другу, а во входной части устройства отогнуты в противоположные стороны, образуя расширение для подачи потока атомов от внешнего по отношению к устройству источника При использовании этого устройства в указанные отогнутые концы пластин через систему зеркал подается когерентное оптическое излучение от лазерного источника, расстроенное относительно частоты атомного перехода в "синюю" сторону. Лазерное излучение распространяется вдоль пластин, претерпевая многократное полное внутреннее отражение. Благодаря этому каждая из указанных пластин приобретает свойства атомного зеркала (см. работу: В.И.Балыкин, В.С.Летохов. Лазерная оптика нейтральных атомных пучков, "Успехи физических наук", том 160, вып.1, январь 1990, с.141-154 [6]). В процессе движения атомов исходного пучка между пластинами пучок сжимается в направлении, перпендикулярном плоскостям пластин, т.е. осуществляется его одномерное коллимирование.

В патенте США №6, 636, 676 (опубл. 21.10.2003 [7]) описано использование устройства в виде прямолинейного отрезка полого оптического волновода для транспортирования частиц (не только атомного размера) при подаче на его вход когерентного оптического излучения.

Общим для всех рассмотренных выше устройств является то, что при их использовании и работе не происходит изменение направления движения атомов исходного атомного пучка.

В патенте США №6, 329, 105 (опубл. 11.12.2001 [8]) описано устройство, содержащее одно или несколько плоских и (или) изогнутых зеркал, выполненных с возможностью взаимодействовать с пучком нейтральных атомов. Это устройство позволяет изменять направление и поперечный размер пучка, в частности, фокусировать его.

В патенте США №6, 151, 435 (опубл. 21.11.2000 [9]) описано устройство для управления атомным пучком, выполненное в виде полого канала с прозрачными для когерентного оптического излучения стенками, имеющими снаружи металлическое покрытие. При подаче в такой канал со стороны его входного торца лазерного излучения с "синей" расстройкой относительно частоты атомных переходов он способен транспортировать атомы, причем, как отмечено в указанном патенте, транспортирование атомов возможно и при наличии изгиба канала, который в данном случае вполне справедливо можно назвать "атомоводом". При этом функционирование "атомовода" возможно и без металлического покрытия прозрачных диэлектрических стенок, однако в этом случае необходимо увеличить интенсивность лазерного излучения.

В упомянутом выше патенте США [1] тоже описано устройство, позволяющее изменить направление атомного пучка. В этом устройстве на исходный пучок атомов воздействует электромагнитное поле, создаваемое источником, расположенным сбоку от исходного атомного пучка. На некотором расстоянии от исходного атомного пучка создается пучок лазерного излучения. Указанное электромагнитное поле отклоняет атомы от первоначального

направления движения и вводит их в зону действия лазерного пучка. Далее атомы распространяются в направлении, совпадающем с направлением лазерного пучка.

В данном устройстве, как и во всех описанных выше, кроме устройств по патентам [4], [5], [7], [9], осуществляется чисто "полевое" управление атомами, т.е. воздействие на атомы оказывается только находящимися в вакууме полями когерентного электромагнитного излучения. Вследствие этого не может быть гарантировано фиксированное положение в пространстве формируемого атомного пучка, так как пространственная локализация указанных полей недостаточно стабильна. По названной причине проблематично использование устройств, основанных на принципах управления, подобных описанным в патентах [1], [8] и работах [2], [3], при изготовлении наноструктур, где требуется чрезвычайно точная локализация атомных пучков. Поэтому более перспективны устройства, в которых формирование атомного пучка с требуемыми параметрами осуществляется с использованием направляющих систем, выполненных из твердых сред.

В указанном отношении, а также с учетом возможности управления направлением атомного пучка наиболее близким к предлагаемому является устройство по патенту [9].

Предлагаемое техническое решение направлено на достижение технического результата, заключающегося в возможности получить в рамках одной и той же конструктивной схемы средства для разнообразных преобразований исходного атомного потока и формирования интенсивных атомных пучков желаемых формы, размера и направления. При дальнейшем раскрытии сущности предлагаемого технического решения и рассмотрении примеров его осуществления будут названы и другие виды достигаемого технического результата.

В соответствии с предлагаемым техническим решением направляющая система для формирования атомного пучка заданной конфигурации из потока атомов, создаваемого атомным источником, содержит входную и выходную торцевые поверхности и множество полых каналов для транспортирования атомов, простирающихся между указанными торцевыми поверхностями. Каждый из указанных каналов имеет стенки и индивидуальную продольную ось. Стенки каждого из указанных каналов выполнены из диэлектрического материала, прозрачного для оптического когерентного излучения, и имеют внутреннюю поверхность, отражающую такое излучение. Каждый из указанных каналов имеет входную концевую часть, имеющую входную апертуру, совпадающую с указанной входной торцевой поверхностью, и выходную концевую часть, имеющую выходную апертуру, совпадающую с указанной выходной торцевой поверхностью. Указанные входная и выходная концевые части каждого из множества указанных каналов имеют поперечное сечение, размер которого постоянен либо равномерно изменяется по длине концевой части, и прямолинейные продольные оси, ориентированные таким образом, чтобы совокупность продолжений каналов за пределы выходной торцевой поверхности заполняла область пространства, соответствующую требуемым форме поперечного сечения и направлению выходного атомного пучка, а совокупность продолжений каналов за пределы входной торцевой поверхности заполняла область пространства, соответствующую требуемой зоне захвата атомов потока, создаваемого источником атомов. Между указанными входной и выходной концевыми частями каждого канала расположена часть, имеющая форму, обеспечивающую плавное сопряжение этих входной и выходной концевых частей. При этом стенки соседних каналов сплавлены друг с другом, по меньшей мере, в указанных концевых частях

каналов, а каждая из указанных торцевых поверхностей представляет собой ячеистую структуру, образованную входными и выходными апертурами каналов.

По крайней мере, некоторые из указанных частей каналов, расположенных между указанными входной и выходной частями указанных каналов, могут иметь криволинейные продольные оси.

При этом каналы могут быть выполнены с продольными осями, изогнутыми по образующим коаксиальных бочкообразных поверхностей.

Продолжения продольных осей каналов со стороны одной из торцевых поверхностей системы за пределы этой поверхности могут иметь общую точку пересечения.

При этом продолжения продольных осей каналов со стороны другой торцевой поверхности системы за пределы этой поверхности тоже могут иметь общую точку пересечения, либо могут быть параллельны друг другу.

Продолжения продольных осей каналов со стороны одной из торцевых поверхностей системы за пределы этой поверхности могут иметь общую точку пересечения или быть параллельны друг другу, а продолжения продольных осей каналов со стороны другой торцевой поверхности за пределы этой поверхности при этом могут расходиться друг от друга в разные стороны.

Направляющая система может иметь один или несколько изгибов, а продольные оси разных каналов при этом эквидистантны на всем их протяжении.

Предлагаемое техническое решение объединяет с указанным наиболее близким к нему известным по патенту США [9] наличие канала с прозрачными для когерентного оптического излучения диэлектрическими

стенками, который может быть изогнутым. Остальные признаки предлагаемой системы из приведенной выше совокупности характеризуют отличия от наиболее близкого известного устройства.

Благодаря наличию в предлагаемой направляющей системе множества каналов входной атомный поток системы "расщепляется" на соответствующее количество "тонких" потоков, из которых распространяется по каналу малого поперечного сечения. Это создает условия для эффективного воздействия на атомы градиентной силы, возникающей при распространении световой волны по прозрачным диэлектрическим стенкам канала и внутри него (чему способствует также возможность отражения света внутренней поверхностью стенок каналов), и светового давления, действующего в продольном направлении. Наличие указанной силы способствует концентрации атомов вблизи продольной оси канала, а при приближении их к стенкам канала - отражению от них. Наличие силы светового давления способствует движению атомов вдоль канала. Присутствие названных факторов обеспечивает возможность движения атомов и по плавно изогнутому каналу, поскольку легко может быть реализовано существенное превышение радиуса кривизны над поперечным размером отдельного канала. Наличие множества каналов, кроме того, позволяет по-разному компоновать их концевые части в поперечном сечении системы вблизи входного и выходного торцов и тем самым достигать согласования с формой входного потока, создаваемого источником атомов, и формировать желаемую конфигурацию (форму поперечного сечения и направление) выходного пучка. При этом характер сужения или расширения каналов в пределах их входных или выходных концов, либо постоянство их поперечного сечения определяют размеры пространственных областей, в которых заключены входной и выходной пучки. Наличие признака, согласно

которому стенки соседних каналов сплавлены друг с другом, по меньшей мере, в концевых частях каналов с образованием в выходной торцевой поверхности системы ячеистой структуры направлено на обеспечение максимальной плотности формируемого пучка в пределах соответствующей ему пространственной области. Вместе с тем этот признак, а также аналогичный признак применительно к входной торцевой поверхности обеспечивают технологичность системы благодаря возможности применения для ее изготовления известных технологий производства многоканальных стеклянных систем.

Выполнение каналов системы с криволинейными продольными осями создает возможность плавно сопрягать входные и выходные концевые части при практически любых углах между продольными осями этих частей, а такая возможность позволяет устанавливать ориентацию выходных концевых частей практически независимо от ориентации входных концевых частей и благодаря этому достигать согласования самых разнообразных по форме и направлению выходных и входных пучков (потоков).

При выполнении частей каналов с продольными осями, изогнутыми по образующим коаксиальных бочкообразных поверхностей, может быть реализована система, аналогичная по выполняемой функции фокусирующей линзе, если бочкообразная поверхность соответствует "полной бочке", или линзе, формирующей квазипараллельный пучок из расходящегося (либо, наоборот, сфокусированный пучок из квазипараллельного), если бочкообразная поверхность соответствует "полубочке". В первом случае продолжения продольных осей входных концевых частей каналов пересекаются в одной точке, и продолжения продольных осей выходных концевых частей каналов тоже пересекаются в одной точке (каждая из этих точек находится

с внешней стороны по отношению к соответствующей торцевой поверхности). Во втором случае такое пересечение имеет место только для входных или только для выходных концевых частей, а продолжения других концевых частей параллельны друг другу.

В случае, когда продолжения продольных осей входных концевых частей каналов пересекаются в одной точке или параллельны друг другу, а продолжения продольных осей выходных концевых частей каналов отклонены в разные стороны от продольной оси направляющей системы, формируется расходящийся пучок в виде раструба, а входной поток может представлять собой расходящийся или квазипараллельный пучок. Эта же самая направляющая система, используемая с изменением назначения концевых частей каналов на противоположное, обеспечивает захват атомов из входного потока, рассредоточенного в пространстве перед входной торцевой поверхностью, и формирование сфокусированного или квазипараллельного пучка.

В случае, когда направляющая система имеет один или несколько изгибов и продольные оси разных каналов эквидистантны на всем их протяжении, обеспечивается формирование квазипараллельного выходного атомного пучка, повернутого на некоторый угол относительно захватываемого направляющей системой входного потока.

Основным элементом предлагаемой направляющей системы является тонкий диэлектрический канал-капилляр. При работе предлагаемой направляющей системы совместно используются несколько физических эффектов, обусловленных распространением когерентного оптического излучения вдоль канала по его просвету и по стенкам. Одним их таких эффектов является градиентная сила, возникающая в просвете каналов вблизи

их стенок под влиянием световой волны, распространяющейся внутри стенок (см. работу [6]). При "синей" расстройке лазерного излучения относительно частоты атомных переходов указанная градиентная сила действует в направлении, отталкивающем атомы от стенок к продольной оси канала. Другим эффектом является градиентная сила, обусловленная спаданием интенсивности излучения в просвете канала в направлении от его продольной оси к стенкам. Эта сила в сторону увеличения интенсивности излучения, т.е. тоже оказывает воздействие на атомы, заставляя их приближаться к продольной оси (см. патент [7]). Наличие такой силы возможно и при нерезонансном рассеянии света, поэтому "синяя" расстройка излучения, создаваемая для волны, распространяющейся по стенкам канала, не препятствует возникновению данной градиентной силы при распространении этого же излучения по просвету канала. Еще одним эффектом является световое давление на атомы, оказываемое в направлении распространения светового пучка, т.е. вдоль канала. Наличие светового давления тоже возможно при нерезонансном воздействии света на атомы, хотя и требует использования более высокой интенсивности излучения (А.М.Шалагин. Механическое воздействие лазерного излучения на атомы. Соросовский образовательный журнал. 1999, №10, с.86-92 [10]).

Средства создания когерентного оптического излучения и введения его в направляющую систему не входят в состав направляющей системы. Как и сама направляющая система, а также источник атомов, они являются принадлежностью оборудования, предназначенного для использования формируемого атомного пучка, например, оборудования для нанолитографии (см., в частности, патенты [4], [5]), содержащего также вакуумную камеру, в которую должны быть помещены направляющая система, источник атомов и другие средства для реализации литографического процесса.

При этом источник когерентного оптического излучения может быть размещен и вне вакуумной камеры. В этом случае излучение подается в камеру через прозрачное окно.

Предлагаемое решение иллюстрируется чертежами фиг.1-9, на которых представлены:

на фиг.1 - схематическое изображение направляющей системы в общем случае;

на фиг.2 - вида системы по фиг.1 со стороны входной или выходной торцевых поверхностей;

на фиг.3 - направляющая система с прямоугольным поперечным сечением и разным характером изменения размера поперечного сечения по длине системы вблизи входного и выходного торцов;

на фиг.4 - направляющая система в форме "полубочки";

на фиг.5 - система в форме симметричной "полной бочки";

на фиг.6 - несимметричная бочкообразная направляющая система;

на фиг, 7 - изогнутая направляющая система, продольные оси каналов которой эквидистантны на всем их протяжении;

на фиг.8 - направляющая система с промежутками между каналами, заполненными непрозрачным материалом;

на фиг.9 - пример использования направляющей системы в установке для получения концентрированного атомного пучка для целей нанолитографии.

В показанном на фиг.1 случае воплощено наибольшее число описанных выше особенностей предлагаемой направляющей системы для формирования атомного пучка. Система содержит входную 1 и выходную

2 торцевые поверхности и множество 3 полых каналов для транспортирования атомов, простирающихся между торцевыми поверхностями 1 и 2. Торцевые поверхности 1, 2 - не обязательно плоские. Так, на фиг.1 входная торцевая поверхность 1 - выпуклая, а выходная торцевая поверхность 2 - вогнутая. Каждый из указанных каналов имеет стенки и индивидуальную продольную ось (на фиг.1 показаны только части продольных осей 6 вблизи входной торцевой поверхности 1 и продолжения 9 продольных осей вблизи выходной торцевой поверхности 2 за пределы этой поверхности), Стенки каждого из множества 3 указанных каналов выполнены из материала, прозрачного для оптического когерентного излучения и имеют внутреннюю поверхность, способную отражать такое излучение. Указанным материалом могут быть, например, стекла различных марок или органический пластический материал.

Каждый из каналов имеет входную концевую часть (на фиг.1 совокупность 4 входных концевых частей находится слева от линии 5), выходную концевую часть (на фиг.1 совокупность 7 выходных концевых частей находится справа от линии 8) и часть, расположенную между указанными входной и выходной концевыми частями часть (на фиг.1 совокупность 10 таких частей находится между линиями 5 и 8). Эта часть канала имеет форму, обеспечивающую плавное сопряжение входной и выходной концевых частей.

Упомянутые входные 4 и выходные 7 концевые части каналов имеют поперечное сечение, которого постоянен либо равномерно изменяется по длине части. На фиг.1 входные концевые части 14 имеют поперечное сечение, размер которого постоянен, остальные входные концевые части - поперечное сечение, размер которого увеличивается по мере приближения к входной торцевой поверхности 1, а выходные концевые

части 7 - поперечное сечение, размер которого уменьшается по мере приближения к выходной торцевой поверхности 2. В частности, концевые части могут иметь форму цилиндра или усеченного конуса, либо форму шестигранных призмы или усеченной пирамиды со сглаженными углами между гранями. Части каналов, соединяющие входные и выходные концевые части и обеспечивающие их плавное сопряжение, тоже имеют в поперечном сечении преимущественно круглую форму или форму шестиугольника со сглаженными углами. Такая форма поперечных сечений каналов в разных их частях обусловлена технологией изготовления многоканальных капиллярных систем. Размер поперечных сечений частей каналов, соединяющих входные и выходные части, может быть изменяться по длине системы.

Наиболее разработана технология изготовления таких систем из стекла методами формования (см., например, патент США №3, 779, 729, опубл. 18.12.1973 [11]) или вытяжки пучков стеклянных капилляров (см., например, патент США №4,127,398, опубл. 28.11.1978 [12]), патент Российской Федерации No 2096353 (опубл. 20.11.1997 [13]). Своеобразная технология описана в патенте Японии №7-11600 (опубл. 08.02.1995 [14]). При использовании технологии многократной вытяжки (когда сначала вытягивается пучок капилляров с получением поликапилляра, затем - пучок поликапилляров, и т.д.) могут быть получены системы, содержащие десятки и сотни тысяч каналов.

С торцевыми поверхностями 1 и 2 совпадают входные и выходные апертуры каналов. Типичный вид входных и выходных апертур 21 при различных технологиях изготовления многоканальной направляющей системы из стеклянных капилляров показан на фиг.2а, 2б, 2в. На этих фигурах видны сплавленные стенки 22 концевых частей каналов и ячеистые

структуры, образованные апертурами. На фиг.2а, 2б поперечные сечения каналов имеют круглую форму, а на фиг.2в - форму правильного шестиугольника со сглаженными углами.

Размещение концевых частей каналов в поперечном сечении направляющей системы pi ориентация их продольных осей выбраны таким образом, чтобы совокупность продолжений каналов за пределы выходной торцевой поверхности заполняла область пространства, соответствующую требуемым форме и направлению выходного атомного пучка, а совокупность продолжений каналов за пределы входной торцевой поверхности заполняла область пространства, соответствующую требуемой зоне захвата атомов потока, создаваемого источником атомов. Например, в показанном на фиг.3а случае концевые части размещены таким образом, что поперечные сечения вблизи обеих торцевых поверхностей являются прямоугольными, при этом входные концевые части каналов расширяются в направлении входной торцевой поверхности, и их продольные оси расходятся в разные стороны, а выходные торцевые части имеют постоянный поперечный размер, и их продольные оси параллельны друг другу. В результате могут сформированы прямоугольный выходной пучок 31 и пирамидальная область 32 захвата исходного потока атомов. Эта же направляющая система показана на фиг.36 в продольном разрезе.

По крайней мере, некоторые из частей каналов, расположенных между их входной и выходной частями, могут иметь криволинейные продольные оси. На фиг.1 все каналы имеют криволинейные продольные оси частей 10, расположенных между входной и выходной концевыми частями, так как направляющая система в целом имеет два изгиба 11 и 12. На фиг.3 у центральных каналов их части, расположенные между входной и

выходной концевыми частями, могут иметь прямолинейные продольные оси, а у периферийных каналов эти части имеют изогнутые продольные оси.

Направляющая система в случае, представленном на фиг.1, обеспечивает формирование атомного пучка, сфокусированного в точку 13, в которой пересекаются продолжения 9 осевых линий выходных концевых частей 7 каналов.

На фиг.4-6 показаны случаи выполнения направляющей системы с каналами, которые имеют продольные оси, изогнутые по образующим воображаемых коаксиальных бочкообразных поверхностей. При таком выполнении системы каналы размещены слоями таким образом, что продольные оси всех каналов одного и того же слоя расположены на одной и той же бочкообразной поверхности. Бочкообразные поверхности, соответствующие разным слоям, "вложены" друг в друга. Каждая следующая бочкообразная поверхность по мере приближения к периферии (наружной поверхности) направляющей системы имеет большую кривизну, чем предыдущая.

На фиг.4 представлен продольный разрез направляющей системы в виде "полубочки", в которой продолжения продольных осей каналов со стороны правой по чертежу торцевой поверхности системы за пределы этой поверхности имеют общую точку пересечения 42. Так как система симметрична в продольном сечении, эта точка пересечения находится на продольной оси 41 симметрии направляющей системы. Любая из торцевых поверхностей этой системы может быть входной или выходной. В зависимости от этого, направляющая система по фиг.4 может осуществлять формирование квазипараллельного атомного пучка из расходящегося (если входной является правая, а выходной - левая торцевая поверхность) или

фокусирование квазипараллельного пучка (если левая торцевая поверхность является входной, а правая - выходной).

Направляющая система в виде "полной бочки", показанная на фиг.5, имеет две фокусные точки 52, 53 и предназначена для формирования сфокусированного выходного атомного пучка из расходящегося входного. Обе фокусные точки находятся на продольной оси 51 симметрии системы. Система по фиг.5 имеет и поперечную ось 54 симметрии. На фиг.6 представлена бочкообразная направляющая система, имеющая только продольную ось 61 симметрии, на которой расположены обе фокусные точки (не показаны на чертеже). Такая несимметричная система может быть использована для формирования сфокусированного атомного пучка из широкого расходящегося исходного пучка при использовании левой по чертежу торцевой поверхности как входной, а правой - как выходной.

На фиг.7 показана направляющая система с эквидистантными изогнутыми продольными осями каналов. Такая система формирует квазипараллельный атомный пучок 71, повернутый относительно захваченного ею входного пучка 72 без изменения его поперечного размера.

Направляющие системы в рассмотренных выше случаях их выполнения объединяет то, что в этих системах соседние каналы соединены (сплавлены) не только в концевых частях, но и по всей длине. В таких системах поперечные размеры каналов изменяются по длине по тому же закону, что и общий поперечный системы. На фиг.8 показана направляющая система, в которой соседние каналы соединены друг с другом только в концевых частях. В этой системе поперечные размеры каналов 81 по всей их длине постоянны. Для сохранения жесткости системы промежутки между каналами в тех частях, где их стенки непосредственно не соединены друг с другом, заполнены непрозрачным компаундом 82.

На фиг.9 представлен пример использования предлагаемой направляющей системы в установке для получения и использования концентрированного атомного пучка целей нанолитографии. Эта установка содержит вакуумную камеру 91 с системой 92 вакуумирования. Вакуумная камера разделена перегородкой 93 на две секции 94 и 95. В перегородке герметично установлена направляющая система 110, аналогичная описанной выше и изображенной на фиг.3. Направляющая система 110 установлена таким образом, что ее входная и выходная торцевые поверхности находятся в разных секциях вакуумной камеры. Установка содержит также источник 96 атомов, выходной канал 97 которого сообщается с той секцией вакуумной камеры, в которой находится входная торцевая поверхность направляющей системы 110. В той секции вакуумной камеры, в которой находится выходная торцевая поверхность направляющей системы 110, размещена подвергаемая воздействию сформированного атомного пучка поверхность 111. Эта поверхность установлена с возможностью позиционирования (средства для осуществления позиционирования на чертеже не показаны). Указанные две секции вакуумной камеры сообщаются друг с другом через каналы направляющей системы 110. В стенке той секции вакуумной камеры, в которой находится входная торцевая поверхность направляющей системы, имеется окно 100, прозрачное для когерентного оптического излучения используемого в установке лазера 98. Окно 100 размещено напротив входной торцевой поверхности направляющей системы. Размер окна и размещение лазера 98 выбраны так, чтобы создаваемый лазером световой пучок 99 облучал всю входную торцевую поверхность направляющей системы. Под воздействием излучения лазера 98 атомы 101 вводятся в каналы направляющей системы 110. Сформированный направляющей системой концентрированный пучок 102 атомов (в данном примере - квазипараллельный)

воздействует на обрабатываемую поверхность 111.

Предлагаемая направляющая система может быть использована как для нанолитографии, так и в других технологиях фабрикации наноструктур по принципу "снизу-вверх" (В.И.Балыкин. Атомно-проекционная параллельная фабрикация наноструктур. "Успехи физических наук", том 177, вып.7, 2007, с.780-786 [15]).

Следует также заметить, что она может быть использована для формирования не только атомных пучков, но и молекулярных пучков, а также пучков микрочастиц неатомных размеров.

1. Патент США №4, 327, 288, опубл. 27.04.1982.

2. В.И.Балыкин, В.С.Летохов, В.Г.Миногин. Охлаждение атомов давлением лазерного излучения. "Успехи физических наук", том 147, вып.1, сентябрь 1985, с.117-156.

3. В.И.Балыкин, В.С.Летохов, А.И.Сидоров. Фокусировка атомных пучков диссипативной силой светового давления лазерного излучения. "Письма в ЖЭТФ", том 43, вып.4, февраль 1986, с.172-174.

4. Патент США №6, 183, 817, опубл.06.02.2001.

5. Патент №6, 442, 333, опубл. 08.10.2002.

6. В.И.Балыкин, В.С.Летохов. Лазерная оптика нейтральных атомных пучков. "Успехи физических наук", том 160, вып.1, январь 1990, с.141-154.

7. Патент США №6, 636, 676, опубл. 21.10.2003.

8. Патент США №6, 329, 105, опубл. 11.12.2001.

9. Патент США №6, 151, 435, опубл. 21.11.2000.

10. А.М.Шалагин. Механическое воздействие лазерного излучения на атомы. Соросовский журнал. 1999, №10, с.86-92.

11. Патент США №3, 779, 729, опубл. 18.12.1973.

12. Патент США №4, 127, 398, опубл. 28.11.1978.

13. Патент РФ №2096353, опубл. 20.11.1997.

14. №7-11600, опубл. 08.02.1995.

15. В.И.Балыкин. Атомно-проекционная параллельная фабрикация наноструктур. "Успехи физических наук", том 177, вып.7, 2007, с.780-786.

1. Направляющая система для формирования атомного пучка заданной конфигурации из потока атомов, создаваемого атомным источником, содержащая входную и выходную торцевые поверхности и множество полых каналов для транспортирования атомов, простирающихся между указанными торцевыми поверхностями, каждый из указанного множества каналов имеет стенки и индивидуальную продольную ось, стенки каждого из указанного множества каналов выполнены из диэлектрического материала, прозрачного для оптического когерентного излучения, и имеют внутреннюю поверхность, отражающую такое излучение, каждый из указанных каналов имеет входную концевую часть, имеющую входную апертуру, совпадающую с указанной входной торцевой поверхностью, и выходную концевую часть, имеющую выходную апертуру, совпадающую с указанной выходной торцевой поверхностью, указанные входная и выходная концевые части каждого из множества указанных каналов имеют поперечное сечение, размер которого постоянен либо равномерно изменяется по длине концевой части, и прямолинейные продольные оси, ориентированные таким образом, чтобы совокупность продолжений каналов за пределы выходной поверхности заполняла область пространства, соответствующую требуемым форме поперечного сечения и направлению выходного атомного пучка, а совокупность продолжений каналов за пределы входной торцевой поверхности заполняла область пространства, соответствующую требуемой зоне захвата атомов потока, создаваемого источником атомов, между указанными входной и выходной концевыми частями каждого канала расположена часть, имеющая форму, обеспечивающую плавное сопряжение этих входной и выходной концевых частей, при этом стенки соседних каналов сплавлены друг с другом, по меньшей мере, в указанных концевых частях каналов, а каждая из указанных торцевых поверхностей представляет собой ячеистую структуру, образованную входными и выходными апертурами каналов.

2. Направляющая система по п.1, отличающаяся тем, что, по крайней мере, некоторые из указанных частей каналов, расположенных между указанными входной и выходной частями указанного множества каналов, имеют криволинейные продольные оси.

3. Направляющая система по п.2, отличающаяся тем, что продольные оси всех каналов имеют один или несколько изгибов и продольные оси разных каналов эквидистантны на всем их протяжении.

4. Направляющая система по п.2, отличающаяся тем, что продолжения продольных осей каналов со стороны одной из указанных торцевых поверхностей имеют общую точку пересечения или параллельны друг другу, а продолжения продольных осей каналов со стороны другой торцевой поверхности расходятся друг от друга в разные стороны.

5. Направляющая система по п.2, отличающаяся тем, что каналы выполнены с продольными осями, изогнутыми по образующим коаксиальных бочкообразных поверхностей.

6. Направляющая система по п.5, отличающаяся тем, что продолжения продольных осей каналов со стороны одной из указанных торцевых поверхностей имеют общую точку пересечения.

7. Направляющая система по п.6, отличающаяся тем, что продолжения продольных осей каналов со стороны другой торцевой поверхности имеют общую точку пересечения.

8. Направляющая система по п.6, отличающаяся тем, что продолжения продольных осей каналов со стороны другой торцевой поверхности параллельны друг другу.