วิศวกรได้สร้างไดอิเล็กทริกนาโนเรโซเนเตอร์ที่รวมแสงให้มีปริมาตร 12 เท่า
ขีด จำกัด การเลี้ยวเบนคืออะไร?
จนกระทั่งเมื่อไม่นานมานี้ในหมู่นักฟิสิกส์ก็มีเชื่อกันอย่างกว้างขวางว่าเป็นไปไม่ได้ที่จะบีบอัดแสงให้ต่ำกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบนที่เรียกว่า นี่คือขนาดสปอตขั้นต่ำที่สามารถหาได้โดยการโฟกัสรังสีแม่เหล็กไฟฟ้า
ข้อยกเว้นคือการใช้โลหะอนุภาคนาโนซึ่งดูดซับแสงได้เช่นกัน ดังนั้นจึงดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ที่จะบีบอัดอย่างแรงในวัสดุอิเล็กทริกเช่นซิลิคอน และนี่คือวัตถุดิบสำคัญสำหรับการพัฒนาอุปกรณ์ในอนาคต พวกเขามีข้อได้เปรียบที่สำคัญอย่างหนึ่ง - ไม่ดูดซับแสง
ที่น่าสนใจคือในปี 2549 นักวิทยาศาสตร์ในทางทฤษฎีพิสูจน์ว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบนใช้ไม่ได้กับไดอิเล็กทริก อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีใครสามารถสาธิตสิ่งนี้ได้ในทางปฏิบัติ เหตุผลง่ายๆ คือวิศวกรไม่สามารถสร้างโครงสร้างนาโนอิเล็กทริกที่จำเป็นได้
ปัจจุบันเป็นพนักงานของมหาวิทยาลัยเทคนิคเดนมาร์กประสบความสำเร็จ โดยสร้างเครื่องสะท้อนคลื่นนาโนอิเล็กทริกที่รวมแสงไว้ในปริมาตรน้อยกว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบน 12 เท่า
อะไรช่วยนักวิทยาศาสตร์?
ทฤษฎีขีดจำกัดการเลี้ยวเบนอธิบายแสงนั้นไม่สามารถโฟกัสในปริมาตรที่เล็กกว่าครึ่งหนึ่งของความยาวคลื่นในระบบออปติคัลได้ ตัวอย่างเช่น สิ่งนี้ส่งผลต่อความละเอียดของกล้องจุลทรรศน์ อย่างไรก็ตาม โครงสร้างนาโนสามารถประกอบด้วยองค์ประกอบที่เล็กกว่าความยาวคลื่นมาก ซึ่งหมายความว่าขีดจำกัดการเลี้ยวเบนไม่ใช่สิ่งพื้นฐานอีกต่อไป
เมื่อแสงถูกบีบอัด แสงจะเข้มข้นขึ้น ช่วยเพิ่มปฏิสัมพันธ์ระหว่างแสงกับวัสดุ โดยเฉพาะอิเล็กทริก
วัสดุอิเล็กทริกคืออะไร?
ไดอิเล็กทริกเป็นวัสดุที่ไม่นำไฟฟ้ากระแสไฟฟ้า. แก้ว ยาง และพลาสติกเป็นตัวอย่างของวัสดุไดอิเล็กทริกและตัดกับโลหะซึ่งเป็นสื่อกระแสไฟฟ้า ตัวอย่างของวัสดุอิเล็กทริกคือซิลิคอน ซึ่งมักใช้ในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์และโฟโตนิกส์
อะไรคือปัญหา?
แม้ว่าการคำนวณด้วยคอมพิวเตอร์จะแสดงให้เห็นว่าเป็นไปได้ที่จะรวมแสงไปที่จุดที่เล็กที่สุดได้ แต่วิธีนี้ใช้ได้เฉพาะในทางทฤษฎีเท่านั้น
ในการศึกษาครั้งใหม่นี้นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้ความรู้ที่มีอยู่ทั้งหมดเกี่ยวกับนาโนเทคโนโลยีโฟโตนิกจริงและข้อจำกัดในปัจจุบัน และโหลดลงในคอมพิวเตอร์ จากนั้นพวกเขา "ขอให้" เขาค้นหารูปแบบที่รวบรวมโฟตอนในพื้นที่เล็กๆ ที่ไม่เคยมีมาก่อน นั่นคือโพรงนาโนเชิงแสง นั่นช่วยได้ อุปกรณ์ดังกล่าวถูกสร้างขึ้นในห้องทดลองของมหาวิทยาลัยเดียวกัน
รูปแบบการเลี้ยวเบนของลำแสงเลเซอร์สีแดงทำบนจานหลังจากผ่านรูกลมเล็ก ๆ ในจานอื่น ทัศนศาสตร์ทางกายภาพใช้เพื่ออธิบายผลกระทบเช่นการเลี้ยวเบน ผู้เขียน: Wisky
โพรงนาโนเชิงแสงเป็นโครงสร้างออกแบบมาเป็นพิเศษเพื่อกักแสงไม่ให้ฟุ้งกระจาย มันเหมือนกับว่าเขาติดอยู่ระหว่างกระจกสองบาน และถูกโยนไปมา ยิ่งวางกระจกไว้ใกล้กัน แสงระหว่างกระจกก็จะยิ่งเข้มขึ้นเท่านั้น
นาโนเรโซเนเตอร์ทำมาจากอะไรและอย่างไร?
สำหรับการทดลองใหม่ นักฟิสิกส์ได้พัฒนาโครงสร้างในรูปของผีเสื้อ ด้วยรูปทรงพิเศษ ทำให้บีบอัดโฟตอนได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นพิเศษ ตัวนาโนเรโซเนเตอร์นั้นทำจากซิลิกอน
วัสดุสำหรับ nanoresonator ได้รับการพัฒนาใน pureสถานศึกษาของมหาวิทยาลัยและเทมเพลตที่ใช้ช่องนั้นได้รับการปรับให้เหมาะสมและออกแบบโดยใช้วิธีการเพิ่มประสิทธิภาพโทโพโลยีที่ไม่เหมือนใคร
ห้องคลีนรูมคือห้องที่มีอากาศขนาดและจำนวนต่อลูกบาศก์เมตรของอนุภาค เช่น ฝุ่น จุลินทรีย์ อนุภาคละอองลอย และไอระเหยของสารเคมี จะยังคงอยู่ในช่วงที่กำหนดไว้ล่วงหน้า มีมาตรฐานสากลพิเศษสำหรับสถานที่ดังกล่าวโดยมั่นใจได้ถึงความสะอาดด้วยอุปกรณ์พิเศษ
เดิมทีได้รับการพัฒนาสำหรับการออกแบบสะพานและปีกเครื่องบิน วิธีการปรับให้เหมาะสมได้ถูกนำมาใช้สำหรับโครงสร้างนาโนโฟโตนิก
ทำไมสิ่งนี้จึงสำคัญ
ผู้เขียนโครงการนี้มั่นใจว่าการค้นพบของพวกเขามีมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการพัฒนาเทคโนโลยีปฏิวัติวงการที่ช่วยลดจำนวนส่วนประกอบที่ใช้พลังงานในศูนย์ข้อมูล คอมพิวเตอร์ โทรศัพท์ และอื่นๆ
การใช้พลังงานของคอมพิวเตอร์และศูนย์การประมวลผลข้อมูลยังคงเติบโตอย่างต่อเนื่อง และจำเป็นต้องมีสถาปัตยกรรมชิปที่มีความยืดหยุ่นมากขึ้นและใช้พลังงานน้อยลง สามารถทำได้โดยการเปลี่ยนวงจรไฟฟ้าด้วยส่วนประกอบทางแสง นักวิทยาศาสตร์หวังว่า "การแบ่งงาน" ระหว่างแสงและอิเล็กตรอนจะช่วยได้ ทุกอย่างก็เหมือนกับอินเทอร์เน็ตที่ใช้แสงเพื่อการสื่อสาร และอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ใช้สำหรับการประมวลผลข้อมูล ข้อแตกต่างเพียงอย่างเดียวคือต้องสร้างฟังก์ชันทั้งสองไว้ในชิปตัวเดียวกัน ด้วยเหตุนี้การบีบแสงให้มีขนาดเท่ากับชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์จึงเป็นเรื่องสำคัญมาก การทดลองของนักวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นว่าสิ่งนี้เป็นไปได้จริงๆ
นี่เป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาเพิ่มเติมเทคโนโลยีประหยัดพลังงาน เช่น นาโนเลเซอร์สำหรับการเชื่อมต่อแบบออปติกในศูนย์ข้อมูลและคอมพิวเตอร์ในอนาคต อย่างไรก็ตาม วิศวกรยังมีหนทางอีกยาวไกล
ถัดไปคืออะไร
นักวิทยาศาสตร์วางแผนที่จะทำงานต่อไปและปรับปรุงวิธีการและวัสดุเพื่อค้นหาทางออกที่ดีที่สุด พวกเขามั่นใจว่าจะสามารถสร้างโฟตอนที่มีความเข้มข้นมากขึ้นเรื่อยๆ เมื่อเทคโนโลยีก้าวหน้าไป ผู้เขียนการพัฒนาเชื่อมั่นว่านี่เป็นเพียงชุดแรกของการพัฒนาที่สำคัญในสาขาฟิสิกส์และนาโนเทคโนโลยีโฟโตนิกที่เน้นหลักการนี้
อ่านเพิ่มเติม:
นักโบราณคดีได้ยืนยันตำนานจากพระคัมภีร์อย่างเป็นทางการแล้ว
ปรากฎว่าเกิดอะไรขึ้นกับเซลล์ของร่างกายเมื่อหัวใจตาย
สัญญาณ Starlink ถูกแฮ็กเพื่อใช้เป็นทางเลือกแทน GPS