Inženjeri su izgradili dielektrični nanorezonator koji koncentrira svjetlost u volumen koji je 12 puta
Što je difrakcijska granica?
Donedavno je među fizičarima biloUvriježeno je mišljenje da je nemoguće sabiti svjetlost ispod takozvane granice difrakcije. Ovo je minimalna veličina točke koja se može dobiti fokusiranjem elektromagnetskog zračenja.
Izuzetak je uporaba metalananočestice, koje, međutim, također apsorbiraju svjetlost. Stoga se činilo nemogućim da ga se jako komprimira u dielektričnim materijalima kao što je silicij. A to je ključni materijal za razvoj budućih uređaja. Imaju jednu važnu prednost - ne upijaju svjetlost.
Zanimljivo je da su 2006. znanstvenici teoretskidokazao da difrakcijska granica ne vrijedi za dielektrike. Međutim, nitko to nije uspio dokazati u praksi. Razlog je jednostavan - inženjeri nisu uspjeli izgraditi potrebnu dielektričnu nanostrukturu.
Sada zaposlenici Tehničkog sveučilištaDanska je uspjela, izgradili su dielektrični nanorezonator koji koncentrira svjetlost u volumenu 12 puta manjem od granice difrakcije.
Što je pomoglo znanstvenicima?
Teorija granica difrakcije opisuje tu svjetlostnemoguće fokusirati u volumenu manjem od polovice valne duljine u optičkom sustavu. Na primjer, to utječe na rezoluciju u mikroskopima. Međutim, nanostrukture mogu biti sastavljene od elemenata mnogo manjih od valne duljine. To znači da difrakcijska granica više nije nešto temeljno.
Kada je svjetlost komprimirana, postaje intenzivnija, pojačavajući interakciju između svjetlosti i materijala. Osobito dielektrik.
Što su dielektrični materijali?
Dielektrici su materijali koji ne vodeelektrična struja. Staklo, guma i plastika primjeri su dielektričnih materijala i u suprotnosti su s metalima koji su električki vodljivi. Primjer dielektričnog materijala je silicij, koji se često koristi u elektronici, kao iu fotonici.
U čemu je problem?
Iako računalni izračuni pokazuju da je moguće koncentrirati svjetlost u infinitezimalnu točku, to je primjenjivo samo u teoriji.
U novoj studiji znanstvenici su koristilisvo dostupno znanje o stvarnoj fotoničkoj nanotehnologiji i njezinim trenutnim ograničenjima i učitao ga u računalo. Zatim su ga "zamolili" da pronađe uzorak koji skuplja fotone u bez presedana malom području—optičkoj nanošupljini. Pomoglo je. Uređaj je napravljen u laboratoriju na istom sveučilištu.
Difrakcijski uzorak crvene laserske zrake,napravljen na ploči nakon prolaska kroz mali okrugli otvor na drugoj ploči. Fizička optika koristi se za objašnjenje učinaka kao što je difrakcija. Autor: Wisky
Optičke nanošupljine su struktureposebno dizajniran za zadržavanje svjetla, sprječavajući njegovo širenje. Kao da je zarobljen između dva ogledala, bacaju ga naprijed-natrag. Što su zrcala bliže jedno drugom, to je svjetlost između njih intenzivnija.
Od čega je napravljen nanorezonator i kako?
Za novi eksperiment, fizičari su razvili strukturu u obliku leptira. Zahvaljujući svom posebnom obliku, posebno učinkovito komprimira fotone. Sam nanorezonator bio je napravljen od silicija.
Materijal za nanorezonator razvijen je u čistomprostorima sveučilišta, a predlošci na kojima se temelji kavitet optimizirani su i dizajnirani jedinstvenom metodom optimizacije topologije.
Čista soba je prostorija u kojoj zrakveličina i broj po kubnom metru čestica kao što su prašina, mikroorganizmi, čestice aerosola i kemijske pare održavaju se unutar određenog unaprijed određenog raspona. Za takve prostorije postoje posebni međunarodni standardi, njihovu čistoću osigurava posebna oprema.
Izvorno razvijena za projektiranje mostova i krila zrakoplova, metoda optimizacije korištena je za nanofotonske strukture.
Zašto je to važno?
Autori razvoja uvjereni su da je njihovo otkrićeključni za razvoj revolucionarnih tehnologija koje smanjuju broj komponenti koje troše energiju u podatkovnim centrima, računalima, telefonima itd.
Potrošnja energije računala i centaraObrada podataka nastavlja rasti i postoji potreba za otpornijim arhitekturama čipova koje troše manje energije. To se može postići zamjenom električnih krugova optičkim komponentama. Znanstvenici se nadaju da će tu pomoći “podjela rada” između svjetlosti i elektrona. Sve je kao na internetu, gdje se svjetlo koristi za komunikaciju, a elektronika za obradu podataka. Jedina razlika je u tome što obje funkcije moraju biti ugrađene u isti čip. Zbog toga je toliko važno komprimirati svjetlost na istu veličinu kao elektroničke komponente. Eksperiment znanstvenika pokazao je da je to doista moguće.
Ovo je važan korak prema višem razvojuenergetski učinkovite tehnologije, poput nanolasera za optičke veze u podatkovnim centrima i budućim računalima. Međutim, pred inženjerima je još dug put.
Što je sljedeće?
Znanstvenici planiraju nastaviti s radomi poboljšati metode i materijale kako bi se pronašlo optimalno rješenje. Uvjereni su da će moći stvarati sve intenzivnije fotone kako tehnologija napreduje. Autori razvoja uvjereni su da je ovo tek prvi u nizu velikih razvoja u području fizike i fotonske nanotehnologije usmjerenih na ovaj princip.
Čitaj više:
Arheolozi su službeno potvrdili legende iz Biblije
Pokazalo se što se događa sa stanicama tijela kada srce umre
Starlink signal hakiran kako bi se koristio kao alternativa GPS-u