Inžinieri zostrojili dielektrický nanorezonátor, ktorý koncentruje svetlo do objemu, ktorý je 12-násobný
Aký je difrakčný limit?
Donedávna medzi fyzikmi boliVšeobecne sa verí, že nie je možné stlačiť svetlo pod takzvaný difrakčný limit. Toto je minimálna veľkosť bodu, ktorú možno získať zaostrením elektromagnetického žiarenia.
Výnimkou je použitie kovunanočastice, ktoré však pohlcujú aj svetlo. Preto sa zdalo nemožné silne ho stlačiť v dielektrických materiáloch, ako je kremík. A to je kľúčový materiál pre vývoj budúcich zariadení. Majú jednu dôležitú výhodu – nepohlcujú svetlo.
Zaujímavé je, že v roku 2006 vedci teoretickydokázal, že difrakčný limit neplatí pre dielektrika. Nikto to však nedokázal v praxi preukázať. Dôvod je jednoduchý – inžinieri nedokázali postaviť potrebnú dielektrickú nanoštruktúru.
Teraz zamestnanci Technickej univerzityDánsku sa to podarilo, postavili dielektrický nanorezonátor, ktorý koncentruje svetlo v objeme 12-krát menšom, ako je difrakčný limit.
Čo pomohlo vedcom?
Teória difrakčných limitov popisuje toto svetlonemožné zaostriť v objeme menšom ako polovica vlnovej dĺžky v optickom systéme. Ovplyvňuje to napríklad rozlíšenie v mikroskopoch. Nanoštruktúry však môžu byť zložené z prvkov oveľa menších ako je vlnová dĺžka. To znamená, že difrakčný limit už nie je niečo zásadné.
Keď je svetlo stlačené, stáva sa intenzívnejším, čím sa zvyšuje interakcia medzi svetlom a materiálmi. Najmä dielektrikum.
Čo sú to dielektrické materiály?
Dielektriká sú materiály, ktoré nie sú vodivéelektrický prúd. Sklo, guma a plast sú príkladmi dielektrických materiálov a kontrastujú s kovmi, ktoré sú elektricky vodivé. Príkladom dielektrického materiálu je kremík, ktorý sa často používa v elektronike, ako aj vo fotonike.
Aký je problém?
Hoci počítačové výpočty ukazujú, že je možné sústrediť svetlo do nekonečne malého bodu, je to použiteľné iba teoreticky.
V novej štúdii vedci použilivšetky dostupné poznatky o skutočnej fotonickej nanotechnológii a jej súčasných obmedzeniach a nahral ich do počítača. Potom ho „požiadali“, aby našiel vzor, ktorý zbiera fotóny v bezprecedentne malej oblasti – optickej nanodutine. To pomohlo. Zariadenie bolo vyrobené v laboratóriu na tej istej univerzite.
Difrakčný obrazec červeného laserového lúča,vyrobený na tanieri po prechode malým okrúhlym otvorom v ďalšom tanieri. Fyzikálna optika sa používa na vysvetlenie efektov, ako je difrakcia. Autor: Wisky
Optické nanodutiny sú štruktúryšpeciálne navrhnuté tak, aby zadržali svetlo a zabránili jeho šíreniu. Je to ako keby bol uväznený medzi dvoma zrkadlami a hádzal ho tam a späť. Čím bližšie sú zrkadlá k sebe, tým intenzívnejšie je svetlo medzi nimi.
Z čoho a ako bol vyrobený nanorezonátor?
Pre nový experiment vyvinuli fyzici štruktúru v tvare motýľa. Vďaka špeciálnemu tvaru komprimuje fotóny obzvlášť efektívne. Samotný nanorezonátor bol vyrobený z kremíka.
Materiál pre nanorezonátor bol vyvinutý v čistoteuniverzitné priestory a šablóny, na ktorých je dutina založená, boli optimalizované a navrhnuté pomocou unikátnej metódy optimalizácie topológie.
Čistá miestnosť je miestnosť, kde je vzduchVeľkosť a počet častíc na meter kubický, ako je prach, mikroorganizmy, aerosólové častice a chemické výpary, sa udržiavajú v určitom špecifikovanom rozsahu. Pre takéto priestory platia špeciálne medzinárodné normy, ich čistotu zabezpečuje špeciálne vybavenie.
Optimalizačná metóda pôvodne vyvinutá pre návrh mostov a krídel lietadiel bola použitá pre nanofotonické štruktúry.
Prečo je to dôležité?
Autori vývoja sú presvedčení, že ich objav mározhodujúce pre vývoj revolučných technológií, ktoré znižujú počet energeticky náročných komponentov v dátových centrách, počítačoch, telefónoch a ďalších.
Spotreba energie počítačov a centierSpracovanie údajov neustále rastie a je potrebné vyvinúť odolnejšie čipové architektúry, ktoré spotrebujú menej energie. To sa dá dosiahnuť nahradením elektrických obvodov optickými komponentmi. Vedci dúfajú, že tu pomôže „deľba práce“ medzi svetlom a elektrónmi. Všetko je ako na internete, kde sa na komunikáciu používa svetlo a na spracovanie údajov elektronika. Jediný rozdiel je v tom, že obe funkcie musia byť zabudované do rovnakého čipu. Preto je také dôležité komprimovať svetlo na rovnakú veľkosť ako elektronické komponenty. Experiment vedcov ukázal, že je to skutočne možné.
Ide o dôležitý krok smerom k ďalšiemu rozvojuenergeticky efektívna technológia, ako sú nanolasery pre optické pripojenia v dátových centrách a budúcich počítačoch. Inžinieri však majú pred sebou ešte dlhú cestu.
Čo bude ďalej?
Vedci plánujú pokračovať v prácia zlepšovať metódy a materiály s cieľom nájsť optimálne riešenie. Sú si istí, že budú môcť vytvárať čoraz intenzívnejšie fotóny s pokrokom technológie. Autori vývoja sú presvedčení, že ide len o prvý zo série veľkých vývojov v oblasti fyziky a fotonickej nanotechnológie zameraných na tento princíp.
Čítaj viac:
Archeológovia oficiálne potvrdili legendy z Biblie
Ukázalo sa, čo sa stane s bunkami tela, keď srdce odumrie
Signál Starlink bol hacknutý, aby sa dal použiť ako alternatíva k GPS