في السابق أظهرنا لدينا и . يمكنك اليوم إلقاء نظرة على المختبر البصري لكلية الفيزياء والتكنولوجيا بجامعة ITMO.
في الصورة: الطباعة الحجرية النانوية ثلاثية الأبعاد
ينتمي مختبر المواد الكمومية منخفضة الأبعاد إلى مركز أبحاث الضوئيات النانوية والمواد الخارقة () على القاعدة .
موظفوها منخرطون خصائص : البلازمونات والإكسيتونات والبولاريتونات. ستجعل هذه الدراسات من الممكن إنشاء أجهزة كمبيوتر بصرية وكمية كاملة. ينقسم المختبر إلى عدة مجالات عمل تغطي جميع مراحل العمل بالمواد الكمومية منخفضة الأبعاد: إعداد العينات وتصنيعها وتوصيفها والدراسات البصرية.
المنطقة الأولى مجهزة بكل ما هو ضروري لإعداد العينات .
لتنظيفها، يتم تثبيت منظف بالموجات فوق الصوتية، ولضمان العمل الآمن مع الكحول، تم تجهيز غطاء عادم قوي هنا. يتم توفير بعض المواد البحثية لنا من قبل مختبرات شريكة في فنلندا وسنغافورة والدنمارك.
لتعقيم العينات، يتم تركيب خزانة تجفيف الخط BINDER FD Classic في الغرفة. عناصر التسخين بداخله تحافظ على درجات الحرارة من 10 إلى 300 درجة مئوية. يحتوي على واجهة USB لمراقبة درجة الحرارة بشكل مستمر أثناء التجربة.
يستخدم موظفو المختبر أيضًا هذه الغرفة لإجراء اختبارات الإجهاد واختبارات التقادم على العينات. مثل هذه التجارب ضرورية لفهم كيفية تصرف المواد والأجهزة في ظل ظروف معينة: القياسية والمتطرفة.
تم تركيب مطبوعة حجرية نانوية ثلاثية الأبعاد في الغرفة المجاورة. فهو يسمح بتصنيع هياكل ثلاثية الأبعاد يبلغ حجمها عدة مئات من النانومترات.
يعتمد مبدأ عملها على ظاهرة البلمرة ثنائية الفوتون. في الأساس، إنها طابعة ثلاثية الأبعاد تستخدم الليزر لتشكيل جسم من بوليمر سائل. يتصلب البوليمر فقط عند النقطة التي يتركز فيها شعاع الليزر.
في الصورة: الطباعة الحجرية النانوية ثلاثية الأبعاد
على عكس تقنيات الطباعة الحجرية القياسية، التي تُستخدم لإنشاء المعالجات والعمل مع طبقات رقيقة من المواد، تسمح البلمرة ثنائية الفوتون بإنشاء هياكل معقدة ثلاثية الأبعاد. على سبيل المثال، مثل هذا:
يتم استخدام الغرفة المجاورة للمختبر للتجارب البصرية.
توجد طاولة بصرية كبيرة يبلغ طولها حوالي عشرة أمتار ومليئة بالعديد من التركيبات. العناصر الرئيسية لكل منشأة هي مصادر الإشعاع (الليزر والمصابيح)، وأجهزة قياس الطيف والمجاهر. يحتوي أحد المجاهر على ثلاث قنوات بصرية في وقت واحد - العلوي والجانبي والسفلي.
ويمكن استخدامه ليس فقط لقياس أطياف الإرسال والانعكاس، ولكن أيضًا للتشتت. وتوفر الأخيرة معلومات غنية جدًا حول الأجسام النانوية، على سبيل المثال، الخصائص الطيفية وأنماط الإشعاع للهوائيات النانوية.
في الصورة: تأثير تشتت الضوء على جزيئات السيليكون
توجد جميع المعدات على طاولة مزودة بنظام واحد لمنع الاهتزاز. يمكن إرسال إشعاع أي ليزر إلى أي من الأنظمة البصرية والمجاهر باستخدام عدد قليل من المرايا ويمكن مواصلة البحث.
إن ليزر الغاز ذو الموجة المستمرة ذو الطيف الضيق للغاية يجعل من الممكن إجراء التجارب عليه . يتم تركيز شعاع الليزر على سطح العينة، ويتم تسجيل طيف الضوء المبعثر بواسطة مقياس الطيف.
لوحظت في الأطياف خطوط ضيقة تتوافق مع تشتت الضوء غير المرن (مع تغير في الطول الموجي). توفر هذه القمم معلومات حول البنية البلورية للعينة، وأحيانًا حول تكوين الجزيئات الفردية.
يوجد أيضًا ليزر الفيمتو ثانية مثبت في الغرفة. إنه قادر على توليد نبضات قصيرة جدًا (100 فيمتوثانية - واحد على عشرة تريليون من الثانية) من إشعاع الليزر بقوة هائلة. ونتيجة لذلك، حصلنا على فرصة لدراسة التأثيرات البصرية غير الخطية: توليد ترددات مضاعفة وغيرها من الظواهر الأساسية التي لا يمكن تحقيقها في الظروف الطبيعية.
يوجد أيضًا منظم البرد الخاص بنا في المختبر. فهو يسمح بإجراء قياسات بصرية باستخدام نفس مجموعة المصادر، ولكن في درجات حرارة منخفضة - تصل إلى سبعة كلفن، وهو ما يعادل تقريبًا -266 درجة مئوية.
في ظل هذه الظروف، يمكن ملاحظة عدد من الظواهر الفريدة، على وجه الخصوص، نظام الاقتران القوي بين الضوء والمادة، عندما يشكل الفوتون والإكسيتون (زوج ثقب الإلكترون) جسيمًا واحدًا - إكسيتون-بولاريتون. يحمل Polaritons وعدًا كبيرًا في مجالات الحوسبة الكمومية والأجهزة ذات التأثيرات غير الخطية القوية.
في الصورة: مجهر مسبار INTEGRA
في الغرفة الأخيرة من المختبر وضعنا أدواتنا التشخيصية и . الأول يسمح لك بالحصول على صورة لسطح الجسم بدقة مكانية عالية ودراسة التركيب والبنية والخصائص الأخرى للطبقات السطحية لكل مادة. للقيام بذلك، يقوم بمسحها باستخدام شعاع مركز من الإلكترونات التي يتم تسريعها بواسطة الجهد العالي.
يقوم مجهر مسبار المسح بنفس الشيء باستخدام مسبار يقوم بمسح سطح العينة. في هذه الحالة، من الممكن الحصول في نفس الوقت على معلومات حول "المناظر الطبيعية" لسطح العينة وخصائصها المحلية، على سبيل المثال، الإمكانات الكهربائية والمغنطة.
في الصورة: المجهر الإلكتروني الماسح S50 EDAX
تساعدنا هذه الأدوات في تحديد العينات لإجراء المزيد من الدراسات البصرية.
المشاريع والخطط
ويتعلق أحد المشاريع الرئيسية للمختبر الحالات الهجينة للضوء والمادة في المواد الكمومية - بولاريتونات الإكسيتون التي سبق ذكرها أعلاه. تم تخصيص منحة ضخمة من وزارة التعليم والعلوم في الاتحاد الروسي لهذا الموضوع. ويقود المشروع العالم البارز من جامعة شيفيلد، موريس شكولنيك. يتم تنفيذ العمل التجريبي في المشروع من قبل أنطون ساموسيف، والجزء النظري بقيادة أستاذ كلية الفيزياء والتكنولوجيا إيفان شيليخ.
يدرس موظفو المختبر أيضًا طرقًا لنقل المعلومات باستخدام السوليتونات. Solitons هي موجات لا تتأثر بالتشتت. بفضل هذا، فإن الإشارات المرسلة باستخدام وحدات عزل لا "تنتشر" أثناء انتشارها، مما يجعل من الممكن زيادة سرعة ومدى الإرسال.
في بداية عام 2018، علماء من جامعتنا وزملاء من جامعة فلاديمير نموذج من ليزر تيراهيرتز ذو الحالة الصلبة. تكمن خصوصية التطور في أن إشعاع تيراهيرتز لا "يتأخر" بسبب الأشياء المصنوعة من الخشب والبلاستيك والسيراميك. بفضل هذه الخاصية، سيتم استخدام الليزر في مناطق تفتيش الركاب والأمتعة للبحث السريع عن الأشياء المعدنية. مجال آخر للتطبيق هو استعادة القطع الفنية القديمة. سيساعد النظام البصري في الحصول على صور مخفية تحت طبقات الطلاء أو السيراميك.
تتمثل خططنا في تزويد المختبر بمعدات جديدة لإجراء أبحاث أكثر تعقيدًا. على سبيل المثال، قم بشراء ليزر الفيمتو ثانية القابل للضبط، والذي سيوسع بشكل كبير نطاق المواد التي تتم دراستها. وهذا سوف يساعد في المهام المتعلقة الرقائق الكمومية لأنظمة الحوسبة من الجيل التالي
كيف تعمل وتعيش جامعة ITMO:
المصدر: www.habr.com