Οι μηχανικοί κατασκεύασαν έναν διηλεκτρικό νανοσυντονιστή που συγκεντρώνει το φως σε όγκο 12 φορές
Ποιο είναι το όριο περίθλασης;
Μέχρι πρόσφατα, μεταξύ των φυσικών υπήρχανΠιστεύεται ευρέως ότι είναι αδύνατο να συμπιεστεί το φως κάτω από το λεγόμενο όριο περίθλασης. Αυτό είναι το ελάχιστο μέγεθος κηλίδας που μπορεί να ληφθεί εστιάζοντας την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία.
Η εξαίρεση είναι η χρήση μετάλλουνανοσωματίδια, τα οποία όμως απορροφούν και το φως. Ως εκ τούτου, φαινόταν αδύνατο να συμπιεστεί ισχυρά σε διηλεκτρικά υλικά όπως το πυρίτιο. Και αυτό είναι ένα βασικό υλικό για την ανάπτυξη μελλοντικών συσκευών. Έχουν ένα σημαντικό πλεονέκτημα - δεν απορροφούν φως.
Είναι ενδιαφέρον ότι το 2006, οι επιστήμονες θεωρητικάαπέδειξε ότι το όριο περίθλασης δεν ισχύει για τα διηλεκτρικά. Ωστόσο, κανείς δεν μπόρεσε να το αποδείξει αυτό στην πράξη. Ο λόγος είναι απλός - οι μηχανικοί δεν μπόρεσαν να κατασκευάσουν την απαραίτητη διηλεκτρική νανοδομή.
Τώρα οι υπάλληλοι του ΠολυτεχνείουΗ Δανία πέτυχε, κατασκεύασε έναν διηλεκτρικό νανοσυντονιστή που συγκεντρώνει το φως σε όγκο 12 φορές μικρότερο από το όριο περίθλασης.
Τι βοήθησε τους επιστήμονες;
Η θεωρία ορίων περίθλασης περιγράφει αυτό το φωςαδύνατο να εστιάσετε σε όγκο μικρότερο από το μισό μήκος κύματος στο οπτικό σύστημα. Για παράδειγμα, αυτό επηρεάζει την ανάλυση στα μικροσκόπια. Ωστόσο, οι νανοδομές μπορούν να αποτελούνται από στοιχεία πολύ μικρότερα από το μήκος κύματος. Αυτό σημαίνει ότι το όριο περίθλασης δεν είναι πλέον κάτι θεμελιώδες.
Όταν το φως συμπιέζεται, γίνεται πιο έντονο, ενισχύοντας την αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και υλικών. Ιδιαίτερα διηλεκτρικό.
Τι είναι τα διηλεκτρικά υλικά;
Τα διηλεκτρικά είναι υλικά που δεν αγώγουνηλεκτρικό ρεύμα. Το γυαλί, το καουτσούκ και το πλαστικό είναι παραδείγματα διηλεκτρικών υλικών και σε αντίθεση με μέταλλα, τα οποία είναι ηλεκτρικά αγώγιμα. Ένα παράδειγμα διηλεκτρικού υλικού είναι το πυρίτιο, το οποίο χρησιμοποιείται συχνά στα ηλεκτρονικά καθώς και στη φωτονική.
Ποιο είναι το πρόβλημα?
Αν και οι υπολογισμοί υπολογιστών δείχνουν ότι είναι δυνατό να συγκεντρωθεί το φως σε ένα απειροελάχιστο σημείο, αυτό ισχύει μόνο στη θεωρία.
Στη νέα μελέτη, οι επιστήμονες χρησιμοποίησανόλες οι διαθέσιμες γνώσεις σχετικά με την πραγματική φωτονική νανοτεχνολογία και τους τρέχοντες περιορισμούς της και τη φόρτωσαν σε έναν υπολογιστή. Στη συνέχεια του «ζήτησαν» να βρει ένα μοτίβο που συλλέγει φωτόνια σε μια άνευ προηγουμένου μικρή περιοχή—μια οπτική νανοκοιλότητα. Αυτό βοήθησε. Η συσκευή κατασκευάστηκε σε εργαστήριο του ίδιου πανεπιστημίου.
Μοτίβο περίθλασης μιας κόκκινης δέσμης λέιζερ,γίνεται σε ένα πιάτο αφού περάσουμε από μια μικρή στρογγυλή τρύπα σε άλλο πιάτο. Η φυσική οπτική χρησιμοποιείται για να εξηγήσει φαινόμενα όπως η περίθλαση. Συγγραφέας: Wisky
Οι οπτικές νανοκοιλότητες είναι δομέςειδικά σχεδιασμένο για να συγκρατεί το φως, αποτρέποντας την εξάπλωσή του. Είναι σαν να είναι παγιδευμένος ανάμεσα σε δύο καθρέφτες, να τον πετάνε πέρα δώθε. Όσο πιο κοντά βρίσκονται οι καθρέφτες μεταξύ τους, τόσο πιο έντονο γίνεται το φως ανάμεσά τους.
Από τι είναι κατασκευασμένος ο νανοσυντονιστής και πώς;
Για ένα νέο πείραμα, οι φυσικοί ανέπτυξαν μια δομή με τη μορφή πεταλούδας. Χάρη στο ειδικό σχήμα του, συμπιέζει τα φωτόνια ιδιαίτερα αποτελεσματικά. Ο ίδιος ο νανοσυντονιστής ήταν κατασκευασμένος από πυρίτιο.
Το υλικό για τον νανοσυντονιστή αναπτύχθηκε καθαράοι χώροι του πανεπιστημίου και τα πρότυπα στα οποία βασίζεται η κοιλότητα βελτιστοποιήθηκαν και σχεδιάστηκαν χρησιμοποιώντας μια μοναδική μέθοδο βελτιστοποίησης τοπολογίας.
Ένα καθαρό δωμάτιο είναι ένα δωμάτιο όπου ο αέραςτο μέγεθος και ο αριθμός ανά κυβικό μέτρο σωματιδίων όπως σκόνη, μικροοργανισμοί, σωματίδια αερολύματος και χημικοί ατμοί διατηρούνται εντός ενός συγκεκριμένου προκαθορισμένου εύρους. Υπάρχουν ειδικά διεθνή πρότυπα για τέτοιους χώρους, η καθαριότητα τους εξασφαλίζεται από ειδικό εξοπλισμό.
Αρχικά αναπτύχθηκε για το σχεδιασμό γεφυρών και πτερυγίων αεροσκαφών, η μέθοδος βελτιστοποίησης έχει χρησιμοποιηθεί για νανοφωτονικές δομές.
Γιατί είναι αυτό σημαντικό;
Οι συντάκτες της ανάπτυξης είναι βέβαιοι ότι η ανακάλυψή τους έχειζωτικής σημασίας για την ανάπτυξη επαναστατικών τεχνολογιών που μειώνουν τον αριθμό των εξαρτημάτων που καταναλώνουν ενέργεια σε κέντρα δεδομένων, υπολογιστές, τηλέφωνα και άλλα.
Κατανάλωση ενέργειας υπολογιστών και κέντρωνΗ επεξεργασία δεδομένων συνεχίζει να αυξάνεται και υπάρχει ανάγκη για πιο ανθεκτικές αρχιτεκτονικές τσιπ που καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια. Αυτό μπορεί να επιτευχθεί με την αντικατάσταση των ηλεκτρικών κυκλωμάτων με οπτικά εξαρτήματα. Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι ένας «καταμερισμός εργασίας» μεταξύ φωτός και ηλεκτρονίων θα βοηθήσει εδώ. Όλα είναι όπως στο Διαδίκτυο, όπου το φως χρησιμοποιείται για επικοινωνία και τα ηλεκτρονικά για την επεξεργασία δεδομένων. Η μόνη διαφορά είναι ότι και οι δύο λειτουργίες πρέπει να είναι ενσωματωμένες στο ίδιο τσιπ. Αυτός είναι ο λόγος για τον οποίο είναι τόσο σημαντικό να συμπιέζεται το φως στο ίδιο μέγεθος με τα ηλεκτρονικά εξαρτήματα. Ένα πείραμα επιστημόνων έδειξε ότι αυτό είναι πράγματι δυνατό.
Αυτό είναι ένα σημαντικό βήμα προς την ανάπτυξη περισσότερωνενεργειακά αποδοτική τεχνολογία, όπως νανολέιζερ για οπτικές συνδέσεις σε κέντρα δεδομένων και μελλοντικούς υπολογιστές. Ωστόσο, οι μηχανικοί έχουν ακόμη πολύ δρόμο να διανύσουν.
Τι άλλο;
Ученые планируют работать дальше και βελτιώστε τις μεθόδους και τα υλικά για να βρείτε τη βέλτιστη λύση. Είναι βέβαιοι ότι θα μπορέσουν να δημιουργήσουν όλο και πιο έντονα φωτόνια καθώς προχωρά η τεχνολογία. Οι συντάκτες της ανάπτυξης είναι πεπεισμένοι ότι αυτή είναι μόνο η πρώτη από μια σειρά σημαντικών εξελίξεων στον τομέα της φυσικής και της φωτονικής νανοτεχνολογίας που επικεντρώνονται σε αυτήν την αρχή.
Διαβάστε περισσότερα:
Οι αρχαιολόγοι επιβεβαίωσαν επίσημα τους θρύλους από τη Βίβλο
Αποδείχθηκε τι συμβαίνει στα κύτταρα του σώματος όταν πεθαίνει η καρδιά
Το σήμα Starlink παραβιάστηκε για να χρησιμοποιηθεί ως εναλλακτική λύση στο GPS