Inžinieriai sukūrė dielektrinį nanorezonatorių, kuris koncentruoja šviesą į 12 kartų didesnį tūrį
Kokia yra difrakcijos riba?
Dar visai neseniai tarp fizikų buvoPlačiai manoma, kad neįmanoma suspausti šviesos žemiau vadinamosios difrakcijos ribos. Tai yra mažiausias taško dydis, kurį galima gauti sufokusavus elektromagnetinę spinduliuotę.
Išimtis yra metalo naudojimasnanodalelių, kurios vis dėlto taip pat sugeria šviesą. Todėl atrodė, kad neįmanoma jo stipriai suspausti dielektrinėse medžiagose, tokiose kaip silicis. Ir tai yra pagrindinė būsimų įrenginių kūrimo medžiaga. Jie turi vieną svarbų pranašumą – nesugeria šviesos.
Įdomu tai, kad mokslininkai teoriškai 2006 mįrodė, kad difrakcijos riba netaikoma dielektrikams. Tačiau niekam nepavyko to įrodyti praktiškai. Priežastis paprasta – inžinieriai nesugebėjo sukurti reikiamos dielektrinės nanostruktūros.
Dabar Technikos universiteto darbuotojaiDanijai pavyko, jie sukūrė dielektrinį nanorezonatorių, kuris koncentruoja šviesą 12 kartų mažesniame nei difrakcijos riba.
Kas padėjo mokslininkams?
Difrakcijos ribų teorija aprašo tą šviesąneįmanoma sufokusuoti tūryje, mažesniame nei pusė optinės sistemos bangos ilgio. Pavyzdžiui, tai turi įtakos mikroskopų skiriamajai gebai. Tačiau nanostruktūros gali būti sudarytos iš elementų, daug mažesnių už bangos ilgį. Tai reiškia, kad difrakcijos riba nebėra kažkas esminio.
Kai šviesa suspaudžiama, ji tampa intensyvesnė, todėl sustiprėja šviesos ir medžiagų sąveika. Ypač dielektrinis.
Kas yra dielektrinės medžiagos?
Dielektrikai yra medžiagos, kurios nelaidžioselektros srovė. Stiklas, guma ir plastikas yra dielektrinių medžiagų pavyzdžiai ir kontrastuoja su metalais, kurie yra laidūs elektrai. Dielektrinės medžiagos pavyzdys yra silicis, kuris dažnai naudojamas elektronikoje ir fotonikoje.
Kokia problema?
Nors kompiuteriniai skaičiavimai rodo, kad šviesą galima sukoncentruoti į be galo mažą tašką, tai taikytina tik teoriškai.
Naujajame tyrime mokslininkai naudojovisas turimas žinias apie tikrąją fotoninę nanotechnologiją ir dabartinius jos apribojimus ir įkėlė jas į kompiuterį. Tada jie „prašė“ jo surasti modelį, kuris surenka fotonus precedento neturinčiame mažame regione – optinėje nanoertmėje. Tai padėjo. Prietaisas buvo pastatytas to paties universiteto laboratorijoje.
Raudono lazerio spindulio difrakcijos modelis,pagaminta ant lėkštės, pramušus kitoje plokštelėje esančią mažą apvalią skylutę. Fizinė optika naudojama tokiems efektams kaip difrakcija paaiškinti. Autorius: Wisky
Optinės nanoertmės yra struktūrosspecialiai sukurtas išlaikyti šviesą, neleidžiant jai plisti. Jis tarsi įstrigęs tarp dviejų veidrodžių, mėtomas pirmyn ir atgal. Kuo arčiau vienas kito dedami veidrodžiai, tuo intensyvesnė šviesa tarp jų.
Iš ko ir kaip pagamintas nanorezonatorius?
Naujam eksperimentui fizikai sukūrė drugelio pavidalo struktūrą. Dėl ypatingos formos jis ypač efektyviai suspaudžia fotonus. Pats nanorezonatorius buvo pagamintas iš silicio.
Medžiaga nanorezonatoriui buvo sukurta grynauniversiteto patalpos, o šablonai, kuriais remiasi ertmė, buvo optimizuoti ir suprojektuoti naudojant unikalų topologijos optimizavimo metodą.
Švarus kambarys yra kambarys, kuriame yra orasdalelių, tokių kaip dulkės, mikroorganizmai, aerozolių dalelės ir cheminiai garai, dydis ir skaičius kubiniame metre išlaikomas tam tikrame iš anksto nustatytame diapazone. Tokioms patalpoms galioja specialūs tarptautiniai standartai, jų švara užtikrinama specialia įranga.
Первоначально разработанный для проектирования мостов и крыльев самолетов, метод оптимизации использовали для нанофотонных структур.
Kodėl tai svarbu?
Kūrimo autoriai yra įsitikinę, kad jų atradimas yralabai svarbu kuriant revoliucines technologijas, kurios sumažina energiją vartojančių komponentų skaičių duomenų centruose, kompiuteriuose, telefonuose ir kt.
Kompiuterių ir centrų energijos sąnaudosDuomenų apdorojimas ir toliau auga, todėl reikia atsparesnių lustų architektūrų, kurios sunaudoja mažiau energijos. Tai galima pasiekti pakeičiant elektros grandines optiniais komponentais. Mokslininkai tikisi, kad čia padės „darbo pasidalijimas“ tarp šviesos ir elektronų. Viskas kaip internete, kur komunikacijai naudojama šviesa, o duomenų apdorojimui – elektronika. Vienintelis skirtumas yra tas, kad abi funkcijos turi būti integruotos į tą patį lustą. Štai kodėl taip svarbu suspausti šviesą iki tokio pat dydžio kaip elektroniniai komponentai. Mokslininkų atliktas eksperimentas parodė, kad tai tikrai įmanoma.
Tai svarbus žingsnis siekiant plėtoti daugiauenergiją taupančios technologijos, pvz., nanolazeriai optinėms jungtims duomenų centruose ir būsimuose kompiuteriuose. Tačiau inžinieriai dar turi daug nuveikti.
Kas toliau?
Mokslininkai planuoja tęsti darbąir tobulinti metodus bei medžiagas, kad būtų galima rasti optimalų sprendimą. Jie įsitikinę, kad tobulėjant technologijoms sugebės sukurti vis intensyvesnius fotonus. Plėtros autoriai yra įsitikinę, kad tai tik pirmas iš daugelio svarbių fizikos ir fotoninių nanotechnologijų pasiekimų, orientuotų į šį principą.
Skaityti daugiau:
Archeologai oficialiai patvirtino Biblijos legendas
Paaiškėjo, kas nutinka kūno ląstelėms, kai miršta širdis
„Starlink“ signalas buvo nulaužtas, kad būtų naudojamas kaip GPS alternatyva