Інженери побудували діелектричний нанорезонатор, який концентрує світло в обсязі, який у 12 раз
Що таке дифракційна межа?
До недавнього часу серед фізиків булошироко поширена думка, що неможливо стиснути світло нижче так званої дифракційної межі. Це мінімальне значення розміру плями, яке можна отримати, фокусуючи електромагнітне випромінювання. nbsp;
Виняток - використання металевихнаночастинок, які, щоправда, також поглинають світло. Тому здавалося неможливим сильно стиснути його в діелектричних матеріалах, таких як кремній. А це є ключовим матеріалом для розробки пристроїв майбутнього. У них є одне важливе мають важливу перевагу - вони не поглинають світло.
Цікаво, що в 2006 році вчені теоретичнодовели, що дифракційна межа не поширюється на діелектрики. Тим не менш, нікому не вдалося показати це практиці. Причина проста — інженерам не вдалося побудувати необхідну діелектричну наноструктуру.
Тепер співробітникам Технічного університетуДанії це вдалося, вони побудували діелектричний нанорезонатор, який концентрує світло в обсязі, в 12 раз менше дифракційної межі.
Що допомогло вченим?
Теорія дифракційної межі визначає, що світлонеможливо сфокусувати в об'ємі, меншому за половину довжини хвилі в оптичній системі. Наприклад, це впливає на дозвіл у мікроскопах. Однак наноструктури можуть складатися з елементів набагато менших, ніж довжина хвилі. Це означає, що дифракційна межа більше не є чимось фундаментальним.
Коли світло стискається, воно стає більш інтенсивним, посилюючи взаємодію між світлом та матеріалами. Зокрема, діелектричними.
А що таке діелектричні матеріали?
Діелектрики - це матеріали, які не проводятьелектричний струм. Скло, гума та пластик є прикладами діелектричних матеріалів і контрастують з металами, які відрізняються електропровідністю. Прикладом діелектричного матеріалу є кремній, який часто використовується в електроніці та фотоніці.
В чому проблема?
Хоча комп'ютерні розрахунки показують, що можна концентрувати світло в нескінченно малій точці, це застосовується тільки в теорії.
В рамках нового дослідження вчені використаливсі наявні знання про реальну фотонну нанотехнологію та її поточні обмеження і завантажили їх у комп'ютер. Потім вони «попросили» його знайти шаблон, який збирає фотони в безпрецедентно малої області — в оптичному нанорезонаторі. Це допомогло. Пристрій збудували в лабораторії того ж університету.
Дифракційна картина червоного лазерного променя,зроблена на пластині після проходження через маленький круглий отвір в іншій пластині. Фізична оптика використовується для пояснення таких ефектів як дифракція. Автор: Wisky
Оптичні нанорезонатори - це структури,спеціально розроблені, що утримувати світло, не даючи йому поширюватися. Наче він замкнений між двома дзеркалами, відкидаючись туди-сюди. Чим ближче розмістити дзеркала один до одного, тим інтенсивнішим стає світло між ними.
З чого та як зробили нанорезонатор?
Для нового експерименту фізики розробили структуру як метелика. Завдяки особливій формі вона особливо ефективно стискає фотони. Сам нанорезонатор виготовили із кремнію.
Матеріал для нанорезонатора розробили в чистихприміщеннях університету, а шаблони, на яких заснована порожнина, оптимізували та спроектували з використанням унікального методу оптимізації топології.
Чисте приміщення – приміщення, де у повітріпідтримуються в певному заданому діапазоні розмір та число на кубічний метр таких частинок, як пил, мікроорганізми, аерозольні частинки та хімічні пари. Є спеціальні міжнародні стандарти таких приміщень, їхня чистота забезпечується спецобладнанням.
Спочатку розроблений для проектування мостів та крил літаків метод оптимізації використовували для нанофотонних структур.
Чому це важливо?
Автори розробки впевнені, що їх відкриття маєвирішальне значення для розробки революційних технологій, які зменшать кількість споживаючих енергію компонентів в центрах обробки даних, комп'ютерах, телефонах і не тільки.
Енергоспоживання комп'ютерів та центрівобробки даних продовжує зростати, і існує потреба в більш стійких архітектурах мікросхем, що споживають менше енергії. Цього можна досягти заміною електричних кіл оптичними компонентами. Вчені сподіваються, що тут допоможе «розподіл праці» між світлом і електронами. Все як у роботі інтернету, де світло використовується для зв'язку, а електроніка для обробки даних. Єдина відмінність полягає в тому, що обидві функції повинні бути вбудовані в один і той же чіп. Саме тому так важливо стиснути світло до того ж розміру, що і електронні компоненти. Експеримент вчених показав, що це справді можливо.
Це важливий крок до розробки більшенергоефективної технології, наприклад, для нанолазерів для оптичних з'єднань в центрах обробки даних і майбутніх комп'ютерах. Однак попереду інженери чекають ще багато.
Що далі?
Вчені планують працювати даліі вдосконалювати методи та матеріали, щоб знайти оптимальне рішення. Вони впевнені, що зможуть створювати все більш інтенсивні фотони в міру розвитку технологій. Автори розробки переконані — це лише перша із серії великих розробок в області фізики та фотонних нанотехнологій, зосереджених на цьому принципі.
Читати далі:
Археологи офіційно підтвердили оповіді з Біблії
З'ясувалося, що відбувається із клітинами тіла, коли вмирає серце
Сигнал Starlink зламали, щоб використовувати його як альтернативу GPS