エンジニアは、光を 12 倍の体積に集中させる誘電体ナノ共振器を構築しました
回折限界とは何ですか?
最近まで、物理学者の中には、いわゆる回折限界以下に光を圧縮することは不可能であると広く信じられています。これは、電磁放射を集束させることで得られる最小スポット サイズです。
例外は金属の使用ですただし、ナノ粒子も光を吸収します。したがって、シリコンなどの誘電体材料では強く圧縮することは不可能と思われました。そしてこれは将来のデバイス開発の重要な材料となります。これらには、光を吸収しないという重要な利点があります。
興味深いことに、2006 年に科学者たちは理論的には回折限界は誘電体には適用されないことが証明されました。しかし、これを実際に実証できた人は誰もいません。理由は簡単です。エンジニアが必要な誘電体ナノ構造を構築できなかったからです。
現在、工科大学の職員デンマークは成功し、回折限界の 12 分の 1 の体積に光を集中させる誘電体ナノ共振器を構築しました。
何が科学者を助けましたか?
回折限界理論は光を説明します光学系の波長の半分より小さい体積に焦点を合わせるのは不可能です。たとえば、これは顕微鏡の解像度に影響します。ただし、ナノ構造は波長よりもはるかに小さい元素で構成される場合があります。これは、回折限界がもはや基本的なものではないことを意味します。
光が圧縮されると、強度が増し、光と物質の相互作用が強化されます。特に誘電体。
誘電体とは？
誘電体は電気を通さない材料です電流。 ガラス、ゴム、プラスチックは誘電体の例であり、導電性の金属とは対照的です。誘電体材料の一例はシリコンであり、これはフォトニクスだけでなくエレクトロニクスでもよく使用されます。
何が問題ですか？
コンピューターの計算では、光を無限小の点に集中させることが可能であることが示されていますが、これは理論的にのみ適用可能です。
新しい研究で科学者たちは次のことを使用しました。実際のフォトニックナノテクノロジーとその現在の限界に関する入手可能なすべての知識を収集し、それをコンピューターにロードしました。次に彼らは彼に、前例のない小さな領域、つまり光ナノキャビティに光子を集めるパターンを見つけるように「依頼」しました。助かりました。この装置は同大学の研究室で作られた。
赤色レーザー光の回折パターン、別のプレートの小さな丸い穴を通過した後、プレート上で作成されます。物理光学は、回折などの効果を説明するために使用されます。作者：ウィスキー
光ナノキャビティは構造体です光を保持し、光が広がるのを防ぐように特別に設計されています。まるで2枚の鏡の間に閉じ込められ、前後に投げ飛ばされているようだ。鏡を互いに近づけると、鏡の間の光が強くなります。
ナノレゾネーターは何で、どのように作られていますか?
新しい実験のために、物理学者は蝶の形の構造を開発しました。その特殊な形状のおかげで、光子を特に効果的に圧縮します。ナノレゾネーター自体はシリコンでできていました。
ナノレゾネーターの材料は純粋に開発されました大学の敷地、およびキャビティの基になるテンプレートは、独自のトポロジー最適化手法を使用して最適化および設計されました。
クリーンルームとは空気がきれいな部屋粉塵、微生物、エアロゾル粒子、化学蒸気などの粒子の立方メートルあたりのサイズと数は、特定の所定の範囲内に維持されます。そのような施設には特別な国際基準があり、その清潔さは特別な設備によって保証されています。
もともと橋や航空機の翼の設計のために開発された最適化手法は、ナノフォトニック構造に使用されています。
これはなぜ重要なのでしょうか。
開発の著者らは、自分たちの発見により、データセンター、コンピュータ、電話機などでエネルギーを消費するコンポーネントの数を削減する革新的なテクノロジーの開発に不可欠です。
コンピュータとセンターのエネルギー消費量データ処理は成長を続けており、消費電力が少なく、より回復力の高いチップ アーキテクチャが求められています。これは、電気回路を光学部品に置き換えることによって実現できます。科学者たちは、光と電子の「分業」がここで役立つことを期待している。すべてはインターネットのようなもので、通信には光が使用され、データ処理には電子機器が使用されます。唯一の違いは、両方の機能を同じチップに組み込む必要があることです。このため、光を電子部品と同じサイズに圧縮することが非常に重要です。科学者による実験により、これが実際に可能であることが示されました。
これは、さらなる開発に向けた重要なステップですデータセンターや将来のコンピューターの光接続用のナノレーザーなど、エネルギー効率の高いテクノロジー。しかし、エンジニアにとっての道のりはまだ長いです。
次は何ですか？
科学者たちは研究を続けるつもりだ最適な解決策を見つけるために方法と材料を改善します。彼らは、技術が進歩するにつれて、ますます強力な光子を生成できるようになると確信しています。この開発の著者らは、これがこの原理に焦点を当てた物理学およびフォトニックナノテクノロジーの分野における一連の主要な開発の最初のものに過ぎないと確信している。
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