Dříve jsme ukázali naše и . Dnes se můžete podívat do optické laboratoře Fyzikálně-technologické fakulty Univerzity ITMO.
Na obrázku: XNUMXD nanolitograf
Laboratoř nízkorozměrných kvantových materiálů patří do Výzkumného centra pro nanofotoniku a metamateriály () na základně .
Její zaměstnanci jsou angažovaní vlastnosti : plasmony, excitony a polaritony. Tyto studie umožní vytvořit plnohodnotné optické a kvantové počítače. Laboratoř je rozdělena do několika pracovních oblastí pokrývajících všechny fáze práce s nízkorozměrnými kvantovými materiály: příprava vzorků, jejich výroba, charakterizace a optické studie.
První zóna je vybavena vším potřebným pro přípravu vzorků .
K jejich čištění je instalována ultrazvuková čistička a pro zajištění bezpečné práce s alkoholy je zde vybaven výkonný odsavač par. Některé výzkumné materiály nám dodávají partnerské laboratoře ve Finsku, Singapuru a Dánsku.
Pro sterilizaci vzorků je v místnosti instalována sušicí skříň BINDER FD Classic.Line. Topná tělesa uvnitř udržují teplotu od 10 do 300°C. Má USB rozhraní pro nepřetržité sledování teploty během experimentu.
Pracovníci laboratoře také používají tuto komoru k provádění zátěžových testů a testů stárnutí na vzorcích. Takové experimenty jsou nezbytné k pochopení toho, jak se materiály a zařízení chovají za určitých podmínek: standardních a extrémních.
V další místnosti je instalován trojrozměrný nanolitograf. Umožňuje výrobu trojrozměrných struktur o velikosti několika stovek nanometrů.
Princip jeho činnosti je založen na jevu dvoufotonové polymerace. V podstatě se jedná o 3D tiskárnu, která pomocí laserů tvaruje objekt z tekutého polymeru. Polymer tvrdne pouze v místě, kde je zaostřen laserový paprsek.
Na obrázku: XNUMXD nanolitograf
Na rozdíl od standardních litografických technik, které se používají k vytváření procesorů a práci s tenkými vrstvami materiálů, umožňuje dvoufotonová polymerace vytváření složitých trojrozměrných struktur. Například takto:
Další místnost laboratoře slouží k optickým experimentům.
Je zde velký optický stůl dlouhý téměř deset metrů, naplněný četnými instalacemi. Hlavními prvky každé instalace jsou zdroje záření (lasery a lampy), spektrometry a mikroskopy. Jeden z mikroskopů má tři optické kanály najednou - horní, boční a spodní.
Lze s ním měřit nejen propustná a odrazová spektra, ale i rozptyl. Ty poskytují velmi bohaté informace o nanoobjektech, například spektrální charakteristiky a vyzařovací diagramy nanoantén.
Na fotografii: vliv rozptylu světla na částice křemíku
Veškeré vybavení je umístěno na stole s jediným systémem potlačení vibrací. Záření jakéhokoli laseru lze poslat do libovolného optického systému a mikroskopu pomocí několika zrcadel a výzkum může pokračovat.
Plynový laser se spojitou vlnou s velmi úzkým spektrem umožňuje provádět experimenty . Laserový paprsek je zaostřen na povrch vzorku a spektrum rozptýleného světla je zaznamenáváno spektrometrem.
Ve spektrech jsou pozorovány úzké čáry odpovídající nepružnému rozptylu světla (se změnou vlnové délky). Tyto píky poskytují informace o krystalové struktuře vzorku a někdy i o konfiguraci jednotlivých molekul.
V místnosti je také instalován femtosekundový laser. Je schopen generovat velmi krátké (100 femtosekund - jedna desetibiliontina sekundy) pulzy laserového záření s obrovskou silou. Výsledkem je možnost studovat nelineární optické efekty: generování zdvojených frekvencí a další základní jevy, které jsou v přírodních podmínkách nedosažitelné.
Náš kryostat je také umístěn v laboratoři. Umožňuje optická měření se stejnou sadou zdrojů, ale při nízkých teplotách - až sedm Kelvinů, což se přibližně rovná -266°C.
Za takových podmínek lze pozorovat řadu unikátních jevů, zejména režim silné vazby mezi světlem a hmotou, kdy foton a exciton (pár elektron-díra) tvoří jedinou částici - exciton-polariton. Polaritony mají velký příslib v oblasti kvantových výpočtů a zařízení se silnými nelineárními efekty.
Na fotografii: sondový mikroskop INTEGRA
V poslední místnosti laboratoře jsme umístili naše diagnostické přístroje - и . První umožňuje získat obraz povrchu předmětu s vysokým prostorovým rozlišením a studovat složení, strukturu a další vlastnosti povrchových vrstev každého materiálu. K tomu je skenuje soustředěným paprskem elektronů urychlovaných vysokým napětím.
Mikroskop skenovací sondy dělá totéž pomocí sondy, která skenuje povrch vzorku. V tomto případě je možné současně získat informace o „krajině“ povrchu vzorku ao jeho lokálních vlastnostech, např. elektrický potenciál a magnetizace.
Na snímku: rastrovací elektronový mikroskop S50 EDAX
Tyto přístroje nám pomáhají charakterizovat vzorky pro další optické studie.
Projekty a plány
Jeden z hlavních projektů laboratoře souvisí s hybridní stavy světla a hmoty v kvantových materiálech – exciton-polaritony již zmíněné výše. Tomuto tématu je věnován megagrant Ministerstva školství a vědy Ruské federace. Projekt vede přední vědec z University of Sheffield, Maurice Shkolnik. Experimentální práce na projektu provádí Anton Samusev a teoretickou část vede profesor Fyzikálně-technologické fakulty Ivan Shelykh.
Pracovníci laboratoře také studují způsoby přenosu informací pomocí solitonů. Solitony jsou vlny, které nejsou ovlivněny rozptylem. Díky tomu se signály přenášené pomocí solitonů při šíření „nešíří“, což umožňuje zvýšit rychlost i dosah přenosu.
Začátkem roku 2018 vědci z naší univerzity a kolegové z univerzity ve Vladimiru model pevnolátkového terahertzového laseru. Zvláštností vývoje je, že terahertzové záření není „zdržováno“ předměty ze dřeva, plastu a keramiky. Díky této vlastnosti bude laser využíván v prostorách kontroly cestujících a zavazadel pro rychlé vyhledávání kovových předmětů. Další oblastí použitelnosti je restaurování starých uměleckých předmětů. Optický systém pomůže získat obrazy skryté pod vrstvami barvy nebo keramiky.
Naším plánem je vybavit laboratoř novým zařízením pro provádění ještě složitějšího výzkumu. Pořídit si například laditelný femtosekundový laser, který výrazně rozšíří spektrum studovaných materiálů. To pomůže s úkoly souvisejícími kvantové čipy pro výpočetní systémy nové generace.
Jak ITMO University funguje a žije:
Zdroj: www.habr.com