A mérnökök dielektromos nanorezonátort építettek, amely 12-szeres térfogatra koncentrálja a fényt
Mi a diffrakciós határ?
Egészen a közelmúltig a fizikusok között voltakElterjedt az a vélemény, hogy lehetetlen a fényt az úgynevezett diffrakciós határ alá szorítani. Ez az elektromágneses sugárzás fókuszálásával elérhető legkisebb foltméret.
A kivétel a fém használatananorészecskék, amelyek azonban a fényt is elnyelik. Ezért lehetetlennek tűnt dielektromos anyagokban, például szilíciumban erősen összenyomni. És ez kulcsfontosságú anyag a jövőbeli eszközök fejlesztéséhez. Egy fontos előnyük van - nem nyeli el a fényt.
Érdekes módon 2006-ban a tudósok elméletilegbebizonyította, hogy a diffrakciós határ nem vonatkozik a dielektrikumokra. Ezt azonban senki sem tudta a gyakorlatban bemutatni. Az ok egyszerű: a mérnökök nem tudták megépíteni a szükséges dielektromos nanoszerkezetet.
Most a Műegyetem dolgozóiDániának sikerült, dielektromos nanorezonátort építettek, amely a diffrakciós határnál 12-szer kisebb térfogatban koncentrálja a fényt.
Mi segített a tudósoknak?
A diffrakciós határelmélet azt a fényt írja lelehetetlen az optikai rendszer hullámhosszának felénél kisebb térfogatban fókuszálni. Ez például befolyásolja a mikroszkópok felbontását. A nanostruktúrák azonban a hullámhossznál jóval kisebb elemekből is összeállíthatók. Ez azt jelenti, hogy a diffrakciós határ már nem valami alapvető.
Ha a fényt összenyomják, az intenzívebbé válik, fokozva a fény és az anyagok közötti kölcsönhatást. Különösen dielektromos.
Mik azok a dielektromos anyagok?
A dielektrikumok olyan anyagok, amelyek nem vezetnekelektromos áram. Az üveg, a gumi és a műanyag a dielektromos anyagok példái, és ellentétben állnak a fémekkel, amelyek elektromosan vezetőképesek. Dielektromos anyagra példa a szilícium, amelyet gyakran használnak az elektronikában, valamint a fotonikában.
Mi a probléma?
Bár számítógépes számítások azt mutatják, hogy lehetséges a fényt egy végtelenül kicsi pontba koncentrálni, ez csak elméletben alkalmazható.
Az új tanulmányban a tudósok azt használtákminden rendelkezésre álló tudást a valódi fotonikus nanotechnológiáról és annak jelenlegi korlátairól, és feltöltötte a számítógépbe. Ezután „megkérték”, hogy találjon egy mintát, amely egy példátlanul kis területen – egy optikai nanoüregben – gyűjti össze a fotonokat. Ez segített. A készüléket ugyanannak az egyetemnek egy laboratóriumában építették.
Vörös lézersugár diffrakciós mintázata,tányéron készült, miután áthaladt egy másik lemezen lévő kis kerek lyukon. A fizikai optikát olyan hatások magyarázatára használják, mint a diffrakció. Szerző: Wisky
Az optikai nanoüregek struktúrákkifejezetten a fény megtartására tervezték, megakadályozva annak terjedését. Mintha két tükör között rekedt volna, és össze-vissza dobálják. Minél közelebb vannak egymáshoz a tükrök, annál intenzívebb lesz a köztük lévő fény.
Miből és hogyan készül a nanorezonátor?
Egy új kísérlethez a fizikusok pillangó formájú szerkezetet fejlesztettek ki. Különleges formájának köszönhetően különösen hatékonyan tömöríti a fotonokat. Maga a nanorezonátor szilíciumból készült.
A nanorezonátor anyagát tisztán fejlesztették kiaz egyetem helyiségei, valamint az üreg alapjául szolgáló sablonok optimalizálása és tervezése egyedi topológiaoptimalizálási módszerrel történt.
A tiszta szoba olyan helyiség, ahol a levegőa részecskék, például por, mikroorganizmusok, aeroszol részecskék és vegyi gőzök mérete és száma köbméterenként egy bizonyos előre meghatározott tartományon belül marad. Az ilyen helyiségekre speciális nemzetközi szabványok vonatkoznak, tisztaságukat speciális berendezések biztosítják.
Az eredetileg hidak és repülőgépszárnyak tervezésére kifejlesztett optimalizálási módszert nanofotonikus szerkezeteknél alkalmazták.
Miért fontos ez?
A fejlesztés szerzői biztosak abban, hogy felfedezésük igenkritikus fontosságú a forradalmi technológiák fejlesztésében, amelyek csökkentik az adatközpontokban, számítógépekben, telefonokban és egyebekben található energiafogyasztó alkatrészek számát.
Számítógépek és központok energiafogyasztásaAz adatfeldolgozás folyamatosan növekszik, és rugalmasabb chiparchitektúrákra van szükség, amelyek kevesebb energiát fogyasztanak. Ez az elektromos áramkörök optikai alkatrészekre való cseréjével érhető el. A tudósok abban reménykednek, hogy a fény és az elektronok közötti „munkamegosztás” segít ebben. Minden olyan, mint az interneten, ahol a fényt a kommunikációra, az elektronikát pedig az adatfeldolgozásra használják. Az egyetlen különbség az, hogy mindkét funkciót ugyanabba a chipbe kell beépíteni. Ezért olyan fontos, hogy a fényt az elektronikus alkatrészekkel azonos méretűre tömörítsük. A tudósok kísérlete kimutatta, hogy ez valóban lehetséges.
Ez egy fontos lépés a további fejlesztés feléenergiahatékony technológiák, például nanolézerek az adatközpontok és a jövőbeni számítógépek optikai kapcsolataihoz. A mérnököknek azonban még hosszú utat kell megtenniük.
Mi a következő?
A tudósok azt tervezik, hogy folytatják a munkátés javítsa a módszereket és az anyagokat az optimális megoldás megtalálása érdekében. Bíznak benne, hogy a technológia fejlődésével egyre intenzívebb fotonokat is képesek lesznek létrehozni. A fejlesztés szerzői meg vannak győződve arról, hogy ez csak az első a fizika és a fotonikus nanotechnológia területén erre az elvre összpontosító jelentős fejlesztések sorozatából.
Olvass tovább:
A régészek hivatalosan is megerősítették a Bibliából származó legendákat
Kiderült, mi történik a test sejtjeivel, ha a szív meghal
A Starlink jelet feltörték, hogy a GPS alternatívájaként használják