Inženieri ir izveidojuši dielektrisku nanorezonatoru, kas koncentrē gaismu tilpumā, kas ir 12 reizes lielāks
Kāda ir difrakcijas robeža?
Vēl nesen fiziķu vidū bijaPlaši tiek uzskatīts, ka nav iespējams saspiest gaismu zem tā sauktās difrakcijas robežas. Šis ir minimālais vietas izmērs, ko var iegūt, fokusējot elektromagnētisko starojumu.
Izņēmums ir metāla izmantošanananodaļiņas, kas tomēr arī absorbē gaismu. Tāpēc šķita neiespējami to stipri saspiest dielektriskos materiālos, piemēram, silīcijā. Un tas ir galvenais materiāls nākotnes ierīču izstrādei. Viņiem ir viena svarīga priekšrocība - tie neuzsūc gaismu.
Interesanti, ka 2006. gadā zinātnieki teorētiskipierādīja, ka difrakcijas robeža neattiecas uz dielektriķiem. Taču praksē to neviens nav spējis pierādīt. Iemesls ir vienkāršs - inženieri nespēja izveidot nepieciešamo dielektrisko nanostruktūru.
Tagad Tehniskās universitātes darbiniekiDānijai tas izdevās, viņi uzbūvēja dielektrisku nanorezonatoru, kas koncentrē gaismu tilpumā, kas ir 12 reizes mazāks par difrakcijas robežu.
Kas palīdzēja zinātniekiem?
Difrakcijas robežu teorija apraksta šo gaismunav iespējams fokusēt apjomā, kas ir mazāks par pusi no optiskās sistēmas viļņa garuma. Piemēram, tas ietekmē izšķirtspēju mikroskopos. Tomēr nanostruktūras var sastāvēt no elementiem, kas ir daudz mazāki par viļņa garumu. Tas nozīmē, ka difrakcijas robeža vairs nav kaut kas fundamentāls.
Kad gaisma tiek saspiesta, tā kļūst intensīvāka, uzlabojot gaismas un materiālu mijiedarbību. Īpaši dielektrisks.
Kas ir dielektriskie materiāli?
Dielektriķi ir materiāli, kas nevadaelektriskā strāva. Stikls, gumija un plastmasa ir dielektrisku materiālu piemēri un kontrastē ar metāliem, kas ir elektriski vadoši. Dielektriska materiāla piemērs ir silīcijs, ko bieži izmanto elektronikā, kā arī fotonikā.
Kāda ir problēma?
Lai gan datoru aprēķini liecina, ka ir iespējams koncentrēt gaismu bezgalīgi mazā punktā, tas ir piemērojams tikai teorētiski.
Jaunajā pētījumā zinātnieki izmantojavisas pieejamās zināšanas par īstu fotonisko nanotehnoloģiju un tās pašreizējiem ierobežojumiem un ielādēja tās datorā. Pēc tam viņi “lūdza” viņam atrast modeli, kas savāc fotonus nepieredzēti mazā reģionā — optiskā nanodobumā. Tas palīdzēja. Ierīce tika uzbūvēta tās pašas universitātes laboratorijā.
sarkanā lāzera stara difrakcijas modelis,izgatavots uz šķīvja pēc tam, kad tas ir izlaists caur nelielu apaļu caurumu citā plāksnē. Fiziskā optika tiek izmantota, lai izskaidrotu tādus efektus kā difrakcija. Autors: Wisky
Optiskie nanodobumi ir struktūrasīpaši izstrādāts, lai noturētu gaismu, neļaujot tai izplatīties. Tas ir tā, it kā viņš būtu iesprostots starp diviem spoguļiem, tiek mētāts uz priekšu un atpakaļ. Jo tuvāk spoguļi ir novietoti viens otram, jo intensīvāka kļūst gaisma starp tiem.
No kā un kā izgatavots nanorezonators?
Jaunam eksperimentam fiziķi ir izstrādājuši struktūru tauriņa formā. Pateicoties īpašajai formai, tas īpaši efektīvi saspiež fotonus. Pats nanorezonators bija izgatavots no silīcija.
Materiāls nanorezonatoram tika izstrādāts tīrā veidāuniversitātes telpas, un veidnes, uz kurām balstās dobums, tika optimizētas un izstrādātas, izmantojot unikālu topoloģijas optimizācijas metodi.
Tīra telpa ir telpa, kurā ir gaissdaļiņu, piemēram, putekļu, mikroorganismu, aerosola daļiņu un ķīmisko tvaiku lielums un skaits uz kubikmetru tiek uzturēts noteiktā iepriekš noteiktā diapazonā. Šādām telpām ir īpaši starptautiski standarti, to tīrību nodrošina speciāls aprīkojums.
Sākotnēji izstrādāta tiltu un lidmašīnu spārnu projektēšanai, optimizācijas metode tika izmantota nanofotoniskām struktūrām.
Kāpēc tas ir svarīgi?
Izstrādes autori ir pārliecināti, ka viņu atklājums irir ļoti svarīgi, lai izstrādātu revolucionāras tehnoloģijas, kas samazina enerģiju patērējošo komponentu skaitu datu centros, datoros, tālruņos un citur.
Datoru un centru enerģijas patēriņšDatu apstrāde turpina pieaugt, un ir vajadzīgas elastīgākas mikroshēmu arhitektūras, kas patērē mazāk enerģijas. To var panākt, nomainot elektriskās ķēdes ar optiskiem komponentiem. Zinātnieki cer, ka šeit palīdzēs “darba dalīšana” starp gaismu un elektroniem. Viss ir kā internetā, kur saziņai tiek izmantota gaisma, bet datu apstrādei tiek izmantota elektronika. Vienīgā atšķirība ir tā, ka abām funkcijām jābūt iebūvētām vienā mikroshēmā. Tāpēc ir tik svarīgi saspiest gaismu līdz tādam pašam izmēram kā elektroniskie komponenti. Zinātnieku eksperiments parādīja, ka tas patiešām ir iespējams.
Tas ir svarīgs solis ceļā uz vairāk attīstībasenergoefektīvas tehnoloģijas, piemēram, nanolāzeri optiskajiem savienojumiem datu centros un nākotnes datoros. Tomēr inženieriem vēl tāls ceļš ejams.
Kas tālāk?
Zinātnieki plāno turpināt darbuun uzlabot metodes un materiālus, lai atrastu optimālo risinājumu. Viņi ir pārliecināti, ka, attīstoties tehnoloģijām, spēs radīt arvien intensīvākus fotonus. Izstrādes autori ir pārliecināti, ka šī ir tikai pirmā no virknes nozīmīgu notikumu fizikas un fotoniskās nanotehnoloģijas jomā, kas vērsta uz šo principu.
Lasīt vairāk:
Arheologi ir oficiāli apstiprinājuši Bībeles leģendas
Izrādījās, kas notiek ar ķermeņa šūnām, kad mirst sirds
Starlink signāls ir uzlauzts, lai to izmantotu kā alternatīvu GPS