Инженерите са построили диелектричен нанорезонатор, който концентрира светлината в обем, който е 12 пъти
Каква е границата на дифракция?
Доскоро сред физиците имашеШироко разпространено е мнението, че е невъзможно да се компресира светлината под така наречената граница на дифракция. Това е минималният размер на петна, който може да се получи чрез фокусиране на електромагнитно излъчване.
Изключение е използването на металнаночастици, които обаче също поглъщат светлина. Следователно изглеждаше невъзможно да се компресира силно в диелектрични материали като силиций. А това е ключов материал за разработването на бъдещи устройства. Имат едно важно предимство – не поглъщат светлина.
Интересното е, че през 2006 г. учените теоретичнодоказа, че границата на дифракция не се прилага за диелектриците. Никой обаче не е успял да докаже това на практика. Причината е проста - инженерите не са успели да изградят необходимата диелектрична наноструктура.
Сега служителите на Техническия университетДания успя, те построиха диелектричен нанорезонатор, който концентрира светлина в обем 12 пъти по-малък от границата на дифракция.
Какво помогна на учените?
Теорията за границата на дифракцията описва тази светлинаневъзможно да се фокусира в обем, по-малък от половината от дължината на вълната в оптичната система. Например, това се отразява на разделителната способност на микроскопите. Наноструктурите обаче могат да бъдат съставени от елементи, много по-малки от дължината на вълната. Това означава, че границата на дифракция вече не е нещо фундаментално.
Когато светлината се компресира, тя става по-интензивна, засилвайки взаимодействието между светлина и материали. Особено диелектрик.
Какво представляват диелектричните материали?
Диелектриците са материали, които не провеждателектрически ток. Стъклото, гумата и пластмасата са примери за диелектрични материали и контрастират с металите, които са електропроводими. Пример за диелектричен материал е силиций, който често се използва в електрониката, както и в фотониката.
Какъв е проблемът?
Въпреки че компютърните изчисления показват, че е възможно светлината да се концентрира в безкрайно малка точка, това е приложимо само на теория.
В новото изследване учените са използваливсички налични знания за истинската фотонна нанотехнология и нейните настоящи ограничения и я зареди в компютър. След това го „помолиха“ да намери модел, който събира фотони в безпрецедентно малък регион – оптична нанокухина. Това помогна. Устройството е изградено в лаборатория на същия университет.
Дифракционна картина на червен лазерен лъч,направени върху плоча след преминаване през малък кръгъл отвор в друга плоча. Физическата оптика се използва за обяснение на ефекти като дифракция. Автор: Wisky
Оптичните нанокухини са структуриспециално проектиран да задържа светлината, предотвратявайки разпространението й. Сякаш е заклещен между две огледала, мята се напред-назад. Колкото по-близо са огледалата едно до друго, толкова по-интензивна става светлината между тях.
От какво е направен нанорезонаторът и как?
За нов експеримент физиците са разработили структура под формата на пеперуда. Благодарение на специалната си форма, той компресира фотоните особено ефективно. Самият нанорезонатор е направен от силиций.
Материалът за нанорезонатора е разработен в чист видпомещенията на университета, а шаблоните, на които се основава кухината, бяха оптимизирани и проектирани с помощта на уникален метод за оптимизация на топологията.
Чиста стая е стая, в която въздухътразмерът и броят на кубичен метър частици като прах, микроорганизми, аерозолни частици и химически изпарения се поддържат в определен предварително определен диапазон. Има специални международни стандарти за такива помещения, тяхната чистота се осигурява от специално оборудване.
Първоначално разработен за проектиране на мостове и крила на самолети, методът за оптимизация е използван за нанофотонни структури.
Защо това е важно?
Авторите на разработката са уверени, че откритието им еот решаващо значение за разработването на революционни технологии, които намаляват броя на енергоемките компоненти в центрове за данни, компютри, телефони и др.
Консумация на енергия на компютри и центровеОбработката на данни продължава да расте и има нужда от по-устойчиви архитектури на чипове, които консумират по-малко енергия. Това може да се постигне чрез замяна на електрически вериги с оптични компоненти. Учените се надяват, че „разделението на труда“ между светлината и електроните ще помогне тук. Всичко е като в интернет, където светлината се използва за комуникация, а електрониката за обработка на данни. Единствената разлика е, че и двете функции трябва да бъдат вградени в един и същи чип. Ето защо е толкова важно светлината да се компресира до същия размер като електронните компоненти. Експеримент на учени показа, че това наистина е възможно.
Това е важна стъпка към развитие на повечеенергийно ефективни технологии, като нанолазери за оптични връзки в центрове за данни и бъдещи компютри. Инженерите обаче все още имат да извървят дълъг път.
Какво следва?
Учените планират да продължат да работяти подобряване на методите и материалите за намиране на оптималното решение. Те са уверени, че ще могат да създават все по-интензивни фотони с напредването на технологиите. Авторите на разработката са убедени, че това е само първото от поредицата големи разработки в областта на физиката и фотонните нанотехнологии, фокусирани върху този принцип.
Прочетете още:
Археолозите официално потвърдиха легендите от Библията
Оказа се какво се случва с клетките на тялото, когато сърцето умре
Сигналът на Starlink е хакнат, за да се използва като алтернатива на GPS