Prethodno smo pokazali naše и . Danas možete pogledati optičku laboratoriju Fizičko-tehnološkog fakulteta Univerziteta ITMO.
Na slici: XNUMXD nanolitografija
Laboratorija za niskodimenzionalne kvantne materijale pripada Istraživačkom centru za nanofotoniku i metamaterijale () na bazi .
Zaposleni su angažovani svojstva : plazmoni, eksitoni i polaritoni. Ove studije će omogućiti stvaranje punopravnih optičkih i kvantnih kompjutera. Laboratorija je podijeljena na nekoliko radnih područja koja pokrivaju sve faze rada sa niskodimenzionalnim kvantnim materijalima: pripremu uzoraka, njihovu izradu, karakterizaciju i optičke studije.
Prva zona je opremljena svim potrebnim za pripremu uzorka .
Za njihovo čišćenje instaliran je ultrazvučni čistač, a za siguran rad sa alkoholima ovdje je opremljena moćna izduvna hauba. Neke istraživačke materijale isporučuju nam partnerske laboratorije u Finskoj, Singapuru i Danskoj.
Za sterilizaciju uzoraka, u prostoriji je instaliran BINDER FD Classic.Line orman za sušenje. Grijaći elementi unutar njega održavaju temperaturu od 10 do 300°C. Ima USB interfejs za kontinuirano praćenje temperature tokom eksperimenta.
Osoblje laboratorije također koristi ovu komoru za provođenje stres testova i testova starenja na uzorcima. Takvi eksperimenti su neophodni da bi se razumjelo kako se materijali i uređaji ponašaju u određenim uvjetima: standardnim i ekstremnim.
U susednoj prostoriji je postavljen trodimenzionalni nanolitograf. Omogućava proizvodnju trodimenzionalnih struktura veličine nekoliko stotina nanometara.
Princip njegovog rada zasniva se na fenomenu dvofotonske polimerizacije. U suštini, to je 3D štampač koji koristi lasere da oblikuje objekt od tečnog polimera. Polimer se stvrdne samo na mjestu gdje je laserski snop fokusiran.
Na slici: XNUMXD nanolitografija
Za razliku od standardnih tehnika litografije, koje se koriste za kreiranje procesora i rad sa tankim slojevima materijala, dvofotonska polimerizacija omogućava stvaranje složenih trodimenzionalnih struktura. Na primjer, ovako:
Sljedeća prostorija laboratorije služi za optičke eksperimente.
Tu je veliki optički sto dug skoro deset metara, ispunjen brojnim instalacijama. Glavni elementi svake instalacije su izvori zračenja (laseri i lampe), spektrometri i mikroskopi. Jedan od mikroskopa ima tri optička kanala odjednom - gornji, bočni i donji.
Može se koristiti za mjerenje ne samo spektra prijenosa i refleksije, već i raspršenja. Potonji pružaju vrlo bogate informacije o nanoobjektima, na primjer, spektralne karakteristike i obrasce zračenja nanoantena.
Na fotografiji: efekat raspršivanja svjetlosti na čestice silicija
Sva oprema se nalazi na stolu sa jednim sistemom za suzbijanje vibracija. Zračenje bilo kojeg lasera može se poslati na bilo koji optički sistem i mikroskop koristeći samo nekoliko ogledala i istraživanje se može nastaviti.
Gasni laser kontinualnog talasa sa veoma uskim spektrom omogućava izvođenje eksperimenata na . Laserski snop se fokusira na površinu uzorka, a spektar raspršene svjetlosti se snima spektrometrom.
Uske linije koje odgovaraju neelastičnom rasipanju svjetlosti (sa promjenom talasne dužine) su uočene u spektrima. Ovi vrhovi pružaju informacije o kristalnoj strukturi uzorka, a ponekad čak i o konfiguraciji pojedinačnih molekula.
U prostoriji je instaliran i femtosekundni laser. Sposoban je da generiše veoma kratke (100 femtosekundi - jedan desettrilioni deo sekunde) impulse laserskog zračenja ogromne snage. Kao rezultat, dobijamo priliku da proučavamo nelinearne optičke efekte: generisanje udvostručenih frekvencija i druge fundamentalne pojave nedostižne u prirodnim uslovima.
Naš kriostat se također nalazi u laboratoriji. Omogućava optička mjerenja sa istim skupom izvora, ali na niskim temperaturama - do sedam Kelvina, što je približno jednako -266°C.
U takvim uslovima može se uočiti niz jedinstvenih pojava, a posebno režim snažnog sprega između svetlosti i materije, kada foton i eksiton (par elektron-rupa) formiraju jednu česticu - eksiton-polariton. Polaritoni imaju veliko obećanje u oblastima kvantnog računarstva i uređaja sa jakim nelinearnim efektima.
Na fotografiji: sondni mikroskop INTEGRA
U poslednjoj prostoriji laboratorije postavili smo naše dijagnostičke instrumente - и . Prvi vam omogućava da dobijete sliku površine objekta sa visokom prostornom rezolucijom i proučavate sastav, strukturu i druga svojstva površinskih slojeva svakog materijala. Da bi to učinio, on ih skenira fokusiranim snopom elektrona ubrzanim visokim naponom.
Mikroskop sa sondom za skeniranje radi istu stvar koristeći sondu koja skenira površinu uzorka. U ovom slučaju moguće je istovremeno dobiti informacije o „pejzažu“ površine uzorka i o njegovim lokalnim svojstvima, na primjer, električni potencijal i magnetizacija.
Na slici: skenirajući elektronski mikroskop S50 EDAX
Ovi instrumenti nam pomažu da karakterišemo uzorke za dalja optička istraživanja.
Projekti i planovi
Jedan od glavnih projekata laboratorije vezan je za hibridna stanja svjetlosti i materije u kvantnim materijalima - eksiton-polaritoni koji su već spomenuti. Ovoj temi posvećen je megagrant Ministarstva obrazovanja i nauke Ruske Federacije. Projekat vodi vodeći naučnik sa Univerziteta Sheffield, Maurice Shkolnik. Eksperimentalni rad na projektu izvodi Anton Samusev, a teorijski dio vodi profesor Fizičko-tehnološkog fakulteta Ivan Shelykh.
Osoblje laboratorije također proučava načine prenošenja informacija pomoću solitona. Solitoni su talasi na koje disperzija ne utiče. Zahvaljujući tome, signali koji se prenose pomoću solitona se ne "šire" dok se šire, što omogućava povećanje i brzine i dometa prijenosa.
Početkom 2018. godine naučnici sa našeg Univerziteta i kolege sa Univerziteta u Vladimiru model čvrstog teraherc lasera. Posebnost razvoja je da teraherc zračenje ne „odlaže“ predmeti od drveta, plastike i keramike. Zahvaljujući ovoj osobini, laser će se koristiti u prostorijama za pregled putnika i prtljaga za brzo traženje metalnih predmeta. Još jedno područje primjene je restauracija antičkih umjetničkih predmeta. Optički sistem će pomoći da se dobiju slike skrivene ispod slojeva boje ili keramike.
Naši planovi su da laboratoriju opremimo novom opremom za još kompleksnija istraživanja. Na primjer, kupite podesivi femtosekundni laser, koji će značajno proširiti raspon materijala koji se proučava. Ovo će pomoći u zadacima koji se odnose na kvantni čipovi za sledeću generaciju računarskih sistema.
Kako radi i živi Univerzitet ITMO:
izvor: www.habr.com