מהנדסים בנו ננו-מהוד דיאלקטרי שמרכז אור לנפח שהוא פי 12
מהו גבול הדיפרקציה?
עד לאחרונה, בקרב הפיזיקאים היוהדעה הרווחת היא שאי אפשר לדחוס אור מתחת לגבול העקיפה שנקרא. זהו גודל הנקודה המינימלי שניתן להשיג על ידי מיקוד קרינה אלקטרומגנטית.
היוצא מן הכלל הוא השימוש במתכתננו-חלקיקים, אשר, לעומת זאת, גם סופגים אור. לכן, נראה שאי אפשר לדחוס אותו בחומרים דיאלקטריים כמו סיליקון. וזהו חומר מפתח לפיתוח מכשירים עתידיים. יש להם יתרון אחד חשוב - הם לא סופגים אור.
מעניין, בשנת 2006, מדענים באופן תיאורטיהוכיח כי מגבלת העקיפה אינה חלה על דיאלקטריות. עם זאת, איש לא הצליח להוכיח זאת בפועל. הסיבה פשוטה - מהנדסים לא הצליחו לבנות את הננו-מבנה הדיאלקטרי הדרוש.
עכשיו עובדי האוניברסיטה הטכניתדנמרק הצליחה, הם בנו ננו-נוד דיאלקטרי שמרכז אור בנפח פי 12 פחות מגבול העקיפה.
מה עזר למדענים?
תיאוריית גבול העקיפה מתארת את האור הזהבלתי אפשרי להתמקד בנפח הקטן ממחצית אורך הגל במערכת האופטית. לדוגמה, זה משפיע על הרזולוציה במיקרוסקופים. עם זאת, ננו-מבנים יכולים להיות מורכבים מאלמנטים קטנים בהרבה מאורך הגל. משמעות הדבר היא שמגבלת הדיפרקציה אינה עוד משהו מהותי.
כאשר האור נדחס, הוא הופך אינטנסיבי יותר, ומשפר את האינטראקציה בין האור לחומרים. דיאלקטרי במיוחד.
מהם חומרים דיאלקטריים?
דיאלקטריים הם חומרים שאינם מוליכיםזרם חשמלי. זכוכית, גומי ופלסטיק הם דוגמאות של חומרים דיאלקטריים ומנוגדים למתכות, שמוליכות חשמל. דוגמה לחומר דיאלקטרי הוא סיליקון, המשמש לעתים קרובות באלקטרוניקה וגם בפוטוניקה.
מה הבעיה?
למרות שחישובי מחשב מראים שאפשר לרכז אור לנקודה אינפיניטסימלית, זה ישים רק בתיאוריה.
במחקר החדש השתמשו מדעניםכל הידע הזמין על ננו-טכנולוגיה פוטונית אמיתית והמגבלות הנוכחיות שלה וטען אותו למחשב. לאחר מכן הם "ביקשו" ממנו למצוא דפוס שאוסף פוטונים באזור קטן חסר תקדים - ננו-חלל אופטי. זה עזר. המכשיר נבנה במעבדה באותה אוניברסיטה.
דפוס עקיפה של קרן לייזר אדומה,עשוי על צלחת לאחר שעבר דרך חור עגול קטן בצלחת אחרת. אופטיקה פיזית משמשת כדי להסביר השפעות כגון עקיפה. מחבר: וויסקי
ננו-חללים אופטיים הם מבניםתוכנן במיוחד כדי להחזיק אור, ולמנוע את התפשטותו. זה כאילו הוא לכוד בין שתי מראות, נזרק קדימה ואחורה. ככל שהמראות ממוקמות יותר זו לזו, כך האור ביניהן הופך חזק יותר.
ממה עשוי הננו-הדהוד וכיצד?
לצורך ניסוי חדש, פיתחו פיזיקאים מבנה בצורת פרפר. הודות לצורתו המיוחדת, הוא דוחס פוטונים בצורה יעילה במיוחד. הננו-מהוד עצמו היה עשוי מסיליקון.
החומר עבור הננו-סונטור פותח בצורה טהורהשטחי האוניברסיטה, והתבניות עליהן מבוסס החלל עברו אופטימיזציה ועוצבו בשיטת ייעול טופולוגיה ייחודית.
חדר נקי הוא חדר שבו האווירהגודל והמספר למטר מעוקב של חלקיקים כגון אבק, מיקרואורגניזמים, חלקיקי אירוסול ואדים כימיים נשמרים בטווח מסוים שנקבע מראש. ישנם תקנים בינלאומיים מיוחדים לחצרים כאלה, הניקיון שלהם מובטח על ידי ציוד מיוחד.
פותחה במקור לתכנון גשרים וכנפי מטוסים, שיטת האופטימיזציה שימשה עבור מבנים ננופוטוניים.
למה זה חשוב?
מחברי הפיתוח בטוחים שהתגלית שלהם עשתה זאתקריטי לפיתוח טכנולוגיות מהפכניות המפחיתות את מספר הרכיבים הצורכים אנרגיה במרכזי נתונים, מחשבים, טלפונים ועוד.
צריכת אנרגיה של מחשבים ומרכזיםעיבוד הנתונים ממשיך לגדול, ויש צורך בארכיטקטורות שבבים גמישות יותר שצורכות פחות חשמל. ניתן להשיג זאת על ידי החלפת מעגלים חשמליים ברכיבים אופטיים. מדענים מקווים ש"חלוקת עבודה" בין אור לאלקטרונים תעזור כאן. הכל כמו באינטרנט, שבו אור משמש לתקשורת, ואלקטרוניקה משמשת לעיבוד נתונים. ההבדל היחיד הוא ששתי הפונקציות חייבות להיות מובנות באותו שבב. זו הסיבה שכל כך חשוב לדחוס אור לאותו גודל של רכיבים אלקטרוניים. ניסוי של מדענים הראה שזה אכן אפשרי.
זהו צעד חשוב לקראת פיתוח נוסףטכנולוגיה חסכונית באנרגיה, כגון ננולייזרים לחיבורים אופטיים במרכזי נתונים ובמחשבים עתידיים. עם זאת, למהנדסים יש עוד דרך ארוכה לעבור.
מה הלאה?
מדענים מתכננים להמשיך לעבודולשפר שיטות וחומרים למציאת הפתרון האופטימלי. הם בטוחים שהם יוכלו ליצור פוטונים יותר ויותר אינטנסיביים ככל שהטכנולוגיה תתקדם. מחברי הפיתוח משוכנעים כי זהו רק הראשון מתוך סדרה של פיתוחים מרכזיים בתחום הפיזיקה והננוטכנולוגיה הפוטונית המתמקדים בעקרון זה.
קרא עוד:
ארכיאולוגים אישרו רשמית את האגדות מהתנ"ך
התברר מה קורה לתאי הגוף כשהלב מת
אות Starlink נפרץ כדי לשמש כחלופה ל-GPS