Engenheiros construíram um nanoressonador dielétrico que concentra luz em um volume 12 vezes maior
Qual é o limite de difração?
Até recentemente, entre os físicos haviaÉ amplamente aceito que é impossível comprimir a luz abaixo do chamado limite de difração. Este é o tamanho mínimo do ponto que pode ser obtido focalizando a radiação eletromagnética.
A exceção é o uso de metalnanopartículas, que, no entanto, também absorvem luz. Portanto, parecia impossível comprimi-lo fortemente em materiais dielétricos como o silício. E este é um material fundamental para o desenvolvimento de dispositivos futuros. Eles têm uma vantagem importante: não absorvem luz.
Curiosamente, em 2006, os cientistas teoricamenteprovou que o limite de difração não se aplica a dielétricos. No entanto, ninguém foi capaz de demonstrar isso na prática. A razão é simples: os engenheiros não conseguiram construir a nanoestrutura dielétrica necessária.
Agora os funcionários da Universidade TécnicaA Dinamarca conseguiu, eles construíram um nanoressonador dielétrico que concentra a luz em um volume 12 vezes menor que o limite de difração.
O que ajudou os cientistas?
A teoria do limite de difração descreve que a luzimpossível focar em um volume menor que metade do comprimento de onda no sistema óptico. Por exemplo, isso afeta a resolução em microscópios. No entanto, as nanoestruturas podem ser compostas por elementos muito menores que o comprimento de onda. Isto significa que o limite de difração não é mais algo fundamental.
Quando a luz é comprimida, torna-se mais intensa, aumentando a interação entre a luz e os materiais. Particularmente dielétrico.
O que são materiais dielétricos?
Dielétricos são materiais que não conduzemcorrente elétrica. Vidro, borracha e plástico são exemplos de materiais dielétricos e contrastam com os metais, que são eletricamente condutores. Um exemplo de material dielétrico é o silício, que é frequentemente usado em eletrônica e também em fotônica.
Qual é o problema?
Embora cálculos de computador mostrem que é possível concentrar a luz num ponto infinitesimal, isto só é aplicável em teoria.
No novo estudo, os cientistas usaramtodo o conhecimento disponível sobre a nanotecnologia fotônica real e suas limitações atuais e carregou-o em um computador. Eles então “pediram” que ele encontrasse um padrão que coletasse fótons em uma região pequena sem precedentes — uma nanocavidade óptica. Isso ajudou. O aparelho foi construído em laboratório da mesma universidade.
Padrão de difração de um feixe de laser vermelho,feito em uma placa depois de passar por um pequeno orifício redondo em outra placa. A ótica física é usada para explicar efeitos como a difração. Autor: Wisky
Оптические нанорезонаторы — это структуры, специально разработанные, что удерживать свет, не давая ему распространяться,. Как будто он заперт между двумя зеркалами, отбрасываясь туда-сюда. Чем ближе разместить зеркала друг к другу, тем интенсивнее становится свет между ними.
Do que é feito o nanorressonador e como?
Para um novo experimento, os físicos desenvolveram uma estrutura em forma de borboleta. Graças à sua forma especial, ele comprime os fótons de forma particularmente eficaz. O próprio nanorressonador era feito de silício.
O material do nanorressonador foi desenvolvido em puroinstalações da universidade e os modelos nos quais a cavidade se baseia foram otimizados e projetados usando um método exclusivo de otimização de topologia.
Uma sala limpa é uma sala onde o aro tamanho e o número por metro cúbico de partículas como poeira, microorganismos, partículas de aerossol e vapores químicos são mantidos dentro de uma certa faixa predeterminada. Existem padrões internacionais especiais para essas instalações, sua limpeza é garantida por equipamentos especiais.
Originalmente desenvolvido para o projeto de pontes e asas de aeronaves, o método de otimização tem sido utilizado para estruturas nanofotônicas.
Por que isso é importante?
Авторы разработки уверены, их открытие имеет решающее значение для разработки революционных технологий, которые уменьшат количество потребляющих энергию компонентов в центрах обработки данных, компьютерах, телефонах и не только.
Энергопотребление компьютеров и центров обработки данных продолжает расти, и существует потребность в более устойчивых архитектурах микросхем, потребляющих меньше энергии. Этого можно добиться заменой электрических цепей оптическими компонентами. Ученые надеются, что тут поможет «разделение труда» между светом и электронами. Все как в работе интернета, где свет используется для связи, а электроника — для обработки данных. Единственное отличие состоит в том, что обе функции должны быть встроены в один и тот же чип. Именно поэтому так важно сжать свет до того же размера, что и электронные компоненты. Эксперимент ученых показал, что это действительно возможно.
Это важный шаг к разработке более энергоэффективной технологии, например, для нанолазеров для оптических соединений в центрах обработки данных и будущих компьютерах. Однако впереди инженерам предстоит еще многое.
O que vem a seguir?
Ученые планируют работать дальше и совершенствовать методы и материалы, чтобы найти оптимальное решение. Они уверены, что смогут создавать все более интенсивные фотоны по мере развития технологий. Авторы разработки убеждены — это только первая из серии крупных разработок в области физики и фотонных нанотехнологий, сосредоточенных на этом принципе.
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