Insinöörit ovat rakentaneet dielektrisen nanoresonaattorin, joka keskittää valon tilavuuteen, joka on 12-kertainen
Mikä on diffraktioraja?
Viime aikoihin asti fyysikkojen joukossa oliYleisesti uskotaan, että valoa on mahdotonta puristaa niin kutsutun diffraktiorajan alapuolelle. Tämä on pienin pistekoko, joka voidaan saavuttaa fokusoimalla sähkömagneettista säteilyä.
Poikkeuksena on metallin käyttönanohiukkasia, jotka kuitenkin myös absorboivat valoa. Siksi vaikutti mahdottomalta puristaa sitä voimakkaasti dielektrisissä materiaaleissa, kuten piissä. Ja tämä on avainmateriaali tulevaisuuden laitteiden kehittämisessä. Niillä on yksi tärkeä etu - ne eivät ime valoa.
Mielenkiintoista on, että vuonna 2006 tutkijat teoreettisestiosoittanut, että diffraktioraja ei koske dielektrisiä aineita. Kukaan ei kuitenkaan ole pystynyt osoittamaan tätä käytännössä. Syy on yksinkertainen - insinöörit eivät pystyneet rakentamaan tarvittavaa dielektristä nanorakennetta.
Nyt Teknillisen korkeakoulun työntekijätTanska onnistui, he rakensivat dielektrisen nanoresonaattorin, joka keskittää valon 12 kertaa diffraktiorajaa pienempään tilavuuteen.
Mikä auttoi tutkijoita?
Diffraktiorajan teoria kuvaa tätä valoaon mahdotonta tarkentaa tilavuuteen, joka on pienempi kuin puolet optisen järjestelmän aallonpituudesta. Tämä vaikuttaa esimerkiksi mikroskooppien resoluutioon. Nanorakenteet voivat kuitenkin koostua elementeistä, jotka ovat paljon pienempiä kuin aallonpituus. Tämä tarkoittaa, että diffraktioraja ei ole enää jotain perustavanlaatuista.
Kun valoa puristetaan, siitä tulee voimakkaampaa, mikä tehostaa valon ja materiaalien välistä vuorovaikutusta. Erityisesti dielektrinen.
Mitä ovat dielektriset materiaalit?
Eristeet ovat materiaaleja, jotka eivät johdasähkövirta. Lasi, kumi ja muovi ovat esimerkkejä dielektrisistä materiaaleista ja eroavat metallien kanssa, jotka johtavat sähköä. Esimerkki dielektrisestä materiaalista on pii, jota käytetään usein sekä elektroniikassa että fotoniikassa.
Mikä on ongelma?
Vaikka tietokonelaskelmat osoittavat, että valo on mahdollista keskittää äärettömään pieneen pisteeseen, tämä pätee vain teoriassa.
Uudessa tutkimuksessa tutkijat käyttivätkaiken saatavilla olevan tiedon todellisesta fotonisesta nanoteknologiasta ja sen nykyisistä rajoituksista ja ladannut sen tietokoneeseen. Sitten he "pyysivät" häntä löytämään kuvion, joka kerää fotoneja ennennäkemättömän pieneltä alueelta – optisesta nanoontelosta. Se auttoi. Laite on rakennettu saman yliopiston laboratoriossa.
Punaisen lasersäteen diffraktiokuvio,tehty lautaselle sen jälkeen, kun se on kulkenut pienen pyöreän reiän läpi toisessa levyssä. Fyysistä optiikkaa käytetään selittämään vaikutuksia, kuten diffraktiota. Kirjailija: Wisky
Optiset nanoonkalot ovat rakenteitasuunniteltu erityisesti pitämään valoa estäen sen leviämisen. Tuntuu kuin hän olisi loukussa kahden peilin välissä, ja sitä heittelee edestakaisin. Mitä lähemmäksi peilit asetetaan toisiaan, sitä voimakkaammaksi niiden välinen valo tulee.
Mistä nanoresonaattori on tehty ja miten?
Uutta koetta varten fyysikot ovat kehittäneet rakenteen perhosen muodossa. Erikoisen muotonsa ansiosta se puristaa fotoneja erityisen tehokkaasti. Itse nanoresonaattori oli valmistettu piistä.
Nanoresonaattorin materiaali kehitettiin puhtaanayliopiston tilat ja kaviteetin pohjana olevat mallit optimoitiin ja suunniteltiin ainutlaatuisella topologian optimointimenetelmällä.
Puhdas huone on huone, jossa on ilmaahiukkasten, kuten pölyn, mikro-organismien, aerosolihiukkasten ja kemiallisten höyryjen koko ja lukumäärä kuutiometriä kohden pidetään tietyllä ennalta määrätyllä alueella. Tällaisille tiloille on olemassa erityiset kansainväliset standardit, niiden puhtaus varmistetaan erityisillä laitteilla.
Alun perin siltojen ja lentokoneiden siipien suunnitteluun kehitettyä optimointimenetelmää on käytetty nanofotonisissa rakenteissa.
Miksi tämä on tärkeää?
Kehityksen kirjoittajat ovat varmoja, että heidän löytönsä onratkaisevan tärkeää kehitettäessä vallankumouksellisia teknologioita, jotka vähentävät energiaa kuluttavien komponenttien määrää datakeskuksissa, tietokoneissa, puhelimissa ja muissa.
Tietokoneiden ja keskusten energiankulutusTietojenkäsittely kasvaa jatkuvasti, ja tarvitaan joustavampia siruarkkitehtuureja, jotka kuluttavat vähemmän virtaa. Tämä voidaan saavuttaa korvaamalla sähköpiirit optisilla komponenteilla. Tiedemiehet toivovat, että "työnjako" valon ja elektronien välillä auttaa tässä. Kaikki on kuin Internetissä, jossa valoa käytetään viestintään ja elektroniikkaa tietojenkäsittelyyn. Ainoa ero on, että molemmat toiminnot on rakennettava samaan siruun. Tästä syystä on niin tärkeää puristaa valo samaan kokoon kuin elektroniset komponentit. Tiedemiesten tekemä koe osoitti, että tämä on todella mahdollista.
Tämä on tärkeä askel kehityksen lisäämiseksienergiatehokasta teknologiaa, kuten nanolaserit optisiin yhteyksiin datakeskuksissa ja tulevaisuuden tietokoneissa. Insinööreillä on kuitenkin vielä pitkä matka tehtävänä.
Mitä seuraavaksi?
Tutkijat aikovat jatkaa työtäänja parantaa menetelmiä ja materiaaleja optimaalisen ratkaisun löytämiseksi. He luottavat pystyvänsä luomaan yhä voimakkaampia fotoneja tekniikan kehittyessä. Kehityksen kirjoittajat ovat vakuuttuneita siitä, että tämä on vasta ensimmäinen fysiikan ja fotonisen nanoteknologian alan merkittävien kehitysten sarjasta, joka keskittyy tähän periaatteeseen.
Lue lisää:
Arkeologit ovat virallisesti vahvistaneet Raamatun legendat
Kävi ilmi, mitä tapahtuu kehon soluille, kun sydän kuolee
Starlink-signaali hakkeroitu käytettäväksi vaihtoehtona GPS:lle