Inginerii au construit un nanorezonator dielectric care concentrează lumina într-un volum care este de 12 ori
Care este limita de difracție?
Până de curând, printre fizicieni existauSe crede pe scară largă că este imposibil să comprimați lumina sub așa-numita limită de difracție. Aceasta este dimensiunea minimă a spotului care poate fi obținută prin focalizarea radiației electromagnetice.
Excepția este utilizarea metaluluinanoparticule, care, totuși, absorb și lumina. Prin urmare, părea imposibil să-l comprimați puternic în materiale dielectrice precum siliciul. Și acesta este un material cheie pentru dezvoltarea viitoarelor dispozitive. Au un avantaj important - nu absorb lumina.
Interesant, în 2006, oamenii de știință teoretica demonstrat că limita de difracție nu se aplică dielectricilor. Cu toate acestea, nimeni nu a reușit să demonstreze acest lucru în practică. Motivul este simplu - inginerii nu au reușit să construiască nanostructura dielectrică necesară.
Acum angajații Universității TehniceDanemarca a reușit, au construit un nanorezonator dielectric care concentrează lumina într-un volum de 12 ori mai mic decât limita de difracție.
Ce i-a ajutat pe oamenii de știință?
Teoria limitei de difracție descrie această luminăimposibil de focalizat într-un volum mai mic de jumătate din lungimea de undă în sistemul optic. De exemplu, acest lucru afectează rezoluția la microscoape. Cu toate acestea, nanostructurile pot fi compuse din elemente mult mai mici decât lungimea de undă. Aceasta înseamnă că limita de difracție nu mai este ceva fundamental.
Când lumina este comprimată, ea devine mai intensă, sporind interacțiunea dintre lumină și materiale. În special dielectric.
Ce sunt materialele dielectrice?
Dielectricii sunt materiale care nu conduccurent electric. Sticla, cauciucul și plasticul sunt exemple de materiale dielectrice și contrastează cu metalele, care sunt conductoare electric. Un exemplu de material dielectric este siliciul, care este adesea folosit în electronică, precum și în fotonică.
Care este problema?
Deși calculele computerizate arată că este posibil să se concentreze lumina într-un punct infinitezimal, acest lucru este aplicabil doar în teorie.
În noul studiu, oamenii de știință au folosittoate cunoștințele disponibile despre nanotehnologia fotonică reală și limitările sale actuale și le-au încărcat într-un computer. Apoi i-au „rugat” să găsească un model care colectează fotoni într-o regiune nemaiîntâlnită de mică – o nanocavitate optică. Asta a ajutat. Aparatul a fost construit într-un laborator din aceeași universitate.
Model de difracție al unui fascicul laser roșu,făcută pe o farfurie după ce a trecut printr-o mică gaură rotundă dintr-o altă farfurie. Optica fizică este folosită pentru a explica efecte precum difracția. Autor: Wisky
Nanocavitățile optice sunt structurispecial conceput pentru a reține lumina, prevenind răspândirea acesteia. Parcă ar fi prins între două oglinzi, fiind aruncat înainte și înapoi. Cu cât oglinzile sunt așezate mai aproape una de cealaltă, cu atât lumina dintre ele devine mai intensă.
Din ce este făcut nanorezonatorul și cum?
Pentru un nou experiment, fizicienii au dezvoltat o structură sub forma unui fluture. Datorită formei sale speciale, comprimă fotonii în mod deosebit de eficient. Nanorezonatorul în sine a fost făcut din siliciu.
Materialul pentru nanorezonator a fost dezvoltat pursediul universității, iar șabloanele pe care se bazează cavitatea au fost optimizate și proiectate folosind o metodă unică de optimizare a topologiei.
O cameră curată este o cameră în care aeruldimensiunea și numărul pe metru cub de particule precum praful, microorganismele, particulele de aerosoli și vaporii chimici sunt menținute într-un anumit interval predeterminat. Există standarde internaționale speciale pentru astfel de spații, curățenia acestora este asigurată de echipamente speciale.
Dezvoltată inițial pentru proiectarea podurilor și a aripilor de aeronave, metoda de optimizare a fost folosită pentru structuri nanofotonice.
De ce este important acest lucru?
Autorii dezvoltării sunt încrezători că descoperirea lor a făcut-ocritică pentru dezvoltarea tehnologiilor revoluționare care reduc numărul de componente consumatoare de energie din centrele de date, computere, telefoane și multe altele.
Consumul de energie al calculatoarelor și centrelorProcesarea datelor continuă să crească și este nevoie de arhitecturi de cip mai rezistente, care consumă mai puțină energie. Acest lucru poate fi realizat prin înlocuirea circuitelor electrice cu componente optice. Oamenii de știință speră că o „diviziune a muncii” între lumină și electroni va ajuta aici. Totul este ca pe internet, unde lumina este folosită pentru comunicare, iar electronica este folosită pentru prelucrarea datelor. Singura diferență este că ambele funcții trebuie să fie încorporate în același cip. Acesta este motivul pentru care este atât de important să comprimați lumina la aceeași dimensiune ca și componentele electronice. Un experiment al oamenilor de știință a arătat că acest lucru este într-adevăr posibil.
Acesta este un pas important spre dezvoltarea mai multortehnologie eficientă din punct de vedere energetic, cum ar fi nanolaserele pentru conexiuni optice în centrele de date și viitoarele computere. Cu toate acestea, inginerii au încă un drum lung de parcurs.
Ce urmează?
Oamenii de știință plănuiesc să continue lucrulși îmbunătățirea metodelor și materialelor pentru a găsi soluția optimă. Ei sunt încrezători că vor putea crea fotoni din ce în ce mai intensi pe măsură ce tehnologia avansează. Autorii dezvoltării sunt convinși că aceasta este doar prima dintr-o serie de dezvoltări majore în domeniul fizicii și al nanotehnologiei fotonice axate pe acest principiu.
Citeste mai mult:
Arheologii au confirmat oficial legendele din Biblie
S-a dovedit ce se întâmplă cu celulele corpului când inima moare
Semnalul Starlink piratat pentru a fi folosit ca alternativă la GPS