Ingeniører har bygget en dielektrisk nanoresonator som konsentrerer lys til et volum som er 12 ganger
Hva er diffraksjonsgrensen?
Inntil nylig var det blant fysikereDet er en utbredt oppfatning at det er umulig å komprimere lys under den såkalte diffraksjonsgrensen. Dette er minimumspunktstørrelsen som kan oppnås ved å fokusere elektromagnetisk stråling.
Unntaket er bruk av metallnanopartikler, som imidlertid også absorberer lys. Derfor virket det umulig å komprimere det sterkt i dielektriske materialer som silisium. Og dette er et nøkkelmateriale for utviklingen av fremtidige enheter. De har en viktig fordel - de absorberer ikke lys.
Interessant, i 2006, forskere teoretiskbevist at diffraksjonsgrensen ikke gjelder for dielektriske stoffer. Ingen har imidlertid klart å påvise dette i praksis. Årsaken er enkel - ingeniører klarte ikke å bygge den nødvendige dielektriske nanostrukturen.
Nå ansatte ved Teknisk universitetDanmark lyktes, de bygde en dielektrisk nanoresonator som konsentrerer lys i et volum 12 ganger mindre enn diffraksjonsgrensen.
Hva hjalp forskere?
Diffraksjonsgrenseteori beskriver det lysetumulig å fokusere i et volum mindre enn halvparten av bølgelengden i det optiske systemet. For eksempel påvirker dette oppløsningen i mikroskoper. Imidlertid kan nanostrukturer være sammensatt av elementer som er mye mindre enn bølgelengden. Dette betyr at diffraksjonsgrensen ikke lenger er noe fundamentalt.
Når lys komprimeres, blir det mer intenst, noe som øker samspillet mellom lys og materialer. Spesielt dielektrisk.
Hva er dielektriske materialer?
Dielektriske stoffer er materialer som ikke lederelektrisk strøm. Glass, gummi og plast er eksempler på dielektriske materialer og står i kontrast til metaller som er elektrisk ledende. Et eksempel på et dielektrisk materiale er silisium, som ofte brukes i elektronikk så vel som fotonikk.
Hva er problemet?
Selv om databeregninger viser at det er mulig å konsentrere lys til et uendelig lite punkt, er dette kun aktuelt i teorien.
I den nye studien brukte forskereall tilgjengelig kunnskap om ekte fotonisk nanoteknologi og dens nåværende begrensninger og lastet den inn i en datamaskin. Deretter «ba» ham om å finne et mønster som samler fotoner i et enestående lite område – et optisk nanokavitet. Det hjalp. Enheten ble bygget i et laboratorium ved samme universitet.
Diffraksjonsmønster av en rød laserstråle,laget på en plate etter å ha passert gjennom et lite rundt hull i en annen plate. Fysisk optikk brukes til å forklare effekter som diffraksjon. Forfatter: Wisky
Optiske nanokaviteter er strukturerspesialdesignet for å holde lyset, og hindrer det i å spre seg. Det er som om han er fanget mellom to speil, og blir kastet frem og tilbake. Jo nærmere speilene er plassert, jo mer intenst blir lyset mellom dem.
Hva er nanoresonatoren laget av og hvordan?
For et nytt eksperiment har fysikere utviklet en struktur i form av en sommerfugl. Takket være sin spesielle form komprimerer den fotoner spesielt effektivt. Selve nanoresonatoren var laget av silisium.
Materialet til nanoresonatoren ble utviklet i renlokaler til universitetet, og malene som hulrommet er basert på ble optimalisert og designet ved hjelp av en unik topologioptimaliseringsmetode.
Et rent rom er et rom hvor luftenstørrelsen og antallet per kubikkmeter av partikler som støv, mikroorganismer, aerosolpartikler og kjemiske damper holdes innenfor et visst forhåndsbestemt område. Det er spesielle internasjonale standarder for slike lokaler, deres renslighet er sikret av spesialutstyr.
Opprinnelig utviklet for design av broer og flyvinger, har optimeringsmetoden blitt brukt for nanofotoniske strukturer.
Hvorfor er dette viktig?
Forfatterne av utviklingen er sikre på at oppdagelsen deres haravgjørende for å utvikle revolusjonerende teknologier som reduserer antallet energikrevende komponenter i datasentre, datamaskiner, telefoner og mer.
Energiforbruk til datamaskiner og sentreDatabehandling fortsetter å vokse, og det er behov for mer spenstige brikkearkitekturer som bruker mindre strøm. Dette kan oppnås ved å erstatte elektriske kretser med optiske komponenter. Forskere håper at en "arbeidsdeling" mellom lys og elektroner vil hjelpe her. Alt er som på Internett, hvor lys brukes til kommunikasjon, og elektronikk brukes til databehandling. Den eneste forskjellen er at begge funksjonene må bygges inn i samme brikke. Det er derfor det er så viktig å komprimere lys til samme størrelse som elektroniske komponenter. Et eksperiment av forskere viste at dette faktisk er mulig.
Dette er et viktig skritt mot å utvikle merenergieffektiv teknologi, som nanolasere for optiske tilkoblinger i datasentre og fremtidige datamaskiner. Imidlertid har ingeniører fortsatt en lang vei å gå.
Hva er neste?
Forskere planlegger å fortsette arbeidetog forbedre metoder og materialer for å finne den optimale løsningen. De er sikre på at de vil være i stand til å lage stadig mer intense fotoner etter hvert som teknologien skrider frem. Forfatterne av utviklingen er overbevist om at dette bare er den første av en rekke store utviklinger innen fysikk og fotonisk nanoteknologi med fokus på dette prinsippet.
Les mer:
Arkeologer har offisielt bekreftet legendene fra Bibelen
Det viste seg hva som skjer med cellene i kroppen når hjertet dør
Starlink-signal hacket for å brukes som et alternativ til GPS