Ingeniører har bygget en dielektrisk nanoresonator, der koncentrerer lyset til et volumen, der er 12 gange
Hvad er diffraktionsgrænsen?
Indtil for nylig var der blandt fysikereDet er en udbredt opfattelse, at det er umuligt at komprimere lys under den såkaldte diffraktionsgrænse. Dette er den mindste pletstørrelse, der kan opnås ved at fokusere elektromagnetisk stråling.
Undtagelsen er brugen af metalnanopartikler, som dog også absorberer lys. Derfor virkede det umuligt at komprimere det kraftigt i dielektriske materialer som silicium. Og dette er et nøglemateriale for udviklingen af fremtidige enheder. De har en vigtig fordel - de absorberer ikke lys.
Interessant nok, i 2006, videnskabsmænd teoretiskbevist, at diffraktionsgrænsen ikke gælder for dielektrikum. Det har ingen dog kunnet påvise i praksis. Årsagen er enkel - ingeniører var ude af stand til at bygge den nødvendige dielektriske nanostruktur.
Nu er de ansatte på Teknisk UniversitetDet lykkedes for Danmark, de byggede en dielektrisk nanoresonator, der koncentrerer lyset i et volumen 12 gange mindre end diffraktionsgrænsen.
Hvad hjalp videnskabsmænd?
Diffraktionsgrænseteori beskriver det lysumuligt at fokusere i et volumen mindre end halvdelen af bølgelængden i det optiske system. For eksempel påvirker dette opløsningen i mikroskoper. Nanostrukturer kan dog være sammensat af elementer, der er meget mindre end bølgelængden. Det betyder, at diffraktionsgrænsen ikke længere er noget fundamentalt.
Når lyset komprimeres, bliver det mere intenst, hvilket øger samspillet mellem lys og materialer. Især dielektrisk.
Hvad er dielektriske materialer?
Dielektriske materialer er materialer, der ikke lederelektrisk strøm. Glas, gummi og plastik er eksempler på dielektriske materialer og står i kontrast til metaller, som er elektrisk ledende. Et eksempel på et dielektrisk materiale er silicium, som ofte bruges i elektronik såvel som fotonik.
Hvad er problemet?
Selvom computerberegninger viser, at det er muligt at koncentrere lys til et uendeligt lille punkt, er dette kun anvendeligt i teorien.
I den nye undersøgelse brugte forskerneal tilgængelig viden om ægte fotonisk nanoteknologi og dens nuværende begrænsninger og indlæst den i en computer. De "bad" ham derefter om at finde et mønster, der samler fotoner i et hidtil uset lille område - et optisk nanokavitet. Det hjalp. Enheden blev bygget i et laboratorium på det samme universitet.
Diffraktionsmønster af en rød laserstråle,lavet på en tallerken efter at have passeret gennem et lille rundt hul i en anden tallerken. Fysisk optik bruges til at forklare effekter såsom diffraktion. Forfatter: Wisky
Optiske nanokaviteter er strukturerspecielt designet til at holde lyset og forhindre det i at sprede sig. Det er som om han er fanget mellem to spejle og bliver kastet frem og tilbage. Jo tættere spejlene er placeret på hinanden, jo mere intenst bliver lyset mellem dem.
Hvad er nanoresonatoren lavet af og hvordan?
Til et nyt eksperiment har fysikere udviklet en struktur i form af en sommerfugl. Takket være sin specielle form komprimerer den fotoner særligt effektivt. Selve nanoresonatoren var lavet af silicium.
Materialet til nanoresonatoren blev udviklet i renuniversitetets lokaler, og de skabeloner, som hulrummet er baseret på, blev optimeret og designet ved hjælp af en unik topologioptimeringsmetode.
Et rent rum er et rum, hvor luftenstørrelsen og antallet pr. kubikmeter af partikler såsom støv, mikroorganismer, aerosolpartikler og kemiske dampe holdes inden for et bestemt forudbestemt område. Der er særlige internationale standarder for sådanne lokaler, deres renlighed sikres af specialudstyr.
Oprindeligt udviklet til design af broer og flyvinger, er optimeringsmetoden blevet brugt til nanofotoniske strukturer.
Hvorfor er dette vigtigt?
Forfatterne af udviklingen er sikre på, at deres opdagelse harafgørende for at udvikle revolutionerende teknologier, der reducerer antallet af energiforbrugende komponenter i datacentre, computere, telefoner og meget mere.
Energiforbrug af computere og centreDatabehandling fortsætter med at vokse, og der er behov for mere robuste chiparkitekturer, der forbruger mindre strøm. Dette kan opnås ved at erstatte elektriske kredsløb med optiske komponenter. Forskere håber, at en "arbejdsdeling" mellem lys og elektroner vil hjælpe her. Alt er ligesom på internettet, hvor lys bruges til kommunikation, og elektronik bruges til databehandling. Den eneste forskel er, at begge funktioner skal være indbygget i den samme chip. Derfor er det så vigtigt at komprimere lys til samme størrelse som elektroniske komponenter. Et eksperiment udført af videnskabsmænd viste, at dette faktisk er muligt.
Dette er et vigtigt skridt hen imod udvikle mereenergieffektiv teknologi, såsom nanolasere til optiske forbindelser i datacentre og fremtidige computere. Ingeniører har dog stadig lang vej igen.
Hvad er næste?
Forskere planlægger at fortsætte arbejdetog forbedre metoder og materialer for at finde den optimale løsning. De er sikre på, at de vil være i stand til at skabe mere og mere intense fotoner, efterhånden som teknologien udvikler sig. Forfatterne til udviklingen er overbevist om, at dette kun er den første af en række store udviklinger inden for fysik og fotonisk nanoteknologi, der fokuserer på dette princip.
Læs mere:
Arkæologer har officielt bekræftet legenderne fra Bibelen
Det viste sig, hvad der sker med kroppens celler, når hjertet dør
Starlink-signal hacket til at blive brugt som et alternativ til GPS