Zuvor haben wir unsere gezeigt и . Heute können Sie sich das optische Labor der Fakultät für Physik und Technologie der ITMO-Universität ansehen.
Im Bild: XNUMXD-Nanolithographie
Das Labor für niederdimensionale Quantenmaterialien gehört zum Forschungszentrum für Nanophotonik und Metamaterialien () in der Basis .
Die Mitarbeiter sind engagiert Eigenschaften : Plasmonen, Exzitonen und Polaritonen. Diese Studien werden es ermöglichen, vollwertige optische und Quantencomputer zu entwickeln. Das Labor ist in mehrere Arbeitsbereiche unterteilt, die alle Phasen der Arbeit mit niederdimensionalen Quantenmaterialien abdecken: Probenvorbereitung, deren Herstellung, Charakterisierung und optische Untersuchungen.
Die erste Zone ist mit allem ausgestattet, was zur Probenvorbereitung erforderlich ist .
Zur Reinigung ist ein Ultraschallreiniger installiert, und um ein sicheres Arbeiten mit Alkoholen zu gewährleisten, ist hier eine leistungsstarke Absaughaube ausgestattet. Einige Forschungsmaterialien werden uns von Partnerlaboren in Finnland, Singapur und Dänemark zur Verfügung gestellt.
Zur Sterilisation der Proben ist im Raum ein BINDER FD Classic.Line Trockenschrank installiert. Die darin befindlichen Heizelemente halten Temperaturen von 10 bis 300 °C aufrecht. Es verfügt über eine USB-Schnittstelle zur kontinuierlichen Temperaturüberwachung während des Experiments.
Das Laborpersonal nutzt diese Kammer auch, um Belastungstests und Alterungstests an Proben durchzuführen. Solche Experimente sind notwendig, um zu verstehen, wie sich Materialien und Geräte unter bestimmten Bedingungen verhalten: Standard und Extrem.
Im Nebenraum ist ein dreidimensionaler Nanolithograph installiert. Es ermöglicht die Herstellung dreidimensionaler Strukturen mit einer Größe von mehreren hundert Nanometern.
Das Funktionsprinzip basiert auf dem Phänomen der Zwei-Photonen-Polymerisation. Es handelt sich im Wesentlichen um einen 3D-Drucker, der mithilfe von Lasern ein Objekt aus einem flüssigen Polymer formt. Das Polymer härtet nur dort aus, wo der Laserstrahl fokussiert wird.
Im Bild: XNUMXD-Nanolithographie
Im Gegensatz zu Standard-Lithographietechniken, die zur Herstellung von Prozessoren und zum Arbeiten mit dünnen Materialschichten verwendet werden, ermöglicht die Zwei-Photonen-Polymerisation die Schaffung komplexer dreidimensionaler Strukturen. Zum Beispiel so:
Der angrenzende Raum des Labors wird für optische Experimente genutzt.
Es gibt einen großen, fast zehn Meter langen optischen Tisch, gefüllt mit zahlreichen Installationen. Die Hauptelemente jeder Installation sind Strahlungsquellen (Laser und Lampen), Spektrometer und Mikroskope. Eines der Mikroskope verfügt über drei optische Kanäle gleichzeitig – oben, seitlich und unten.
Damit lassen sich nicht nur Transmissions- und Reflexionsspektren messen, sondern auch Streuung. Letztere liefern sehr umfangreiche Informationen über Nanoobjekte, beispielsweise die spektralen Eigenschaften und Strahlungsmuster von Nanoantennen.
Auf dem Foto: der Effekt der Lichtstreuung an Siliziumpartikeln
Die gesamte Ausrüstung befindet sich auf einem Tisch mit einem einzigen Vibrationsunterdrückungssystem. Die Strahlung eines beliebigen Lasers kann mit nur wenigen Spiegeln zu beliebigen optischen Systemen und Mikroskopen geschickt werden und die Forschung kann fortgesetzt werden.
Ein Dauerstrich-Gaslaser mit einem sehr schmalen Spektrum ermöglicht die Durchführung von Experimenten . Der Laserstrahl wird auf die Oberfläche der Probe fokussiert und das Spektrum des Streulichts wird von einem Spektrometer aufgezeichnet.
In den Spektren werden schmale Linien beobachtet, die einer inelastischen Lichtstreuung (mit einer Änderung der Wellenlänge) entsprechen. Diese Peaks geben Aufschluss über die Kristallstruktur der Probe und manchmal sogar über die Konfiguration einzelner Moleküle.
Außerdem ist im Raum ein Femtosekundenlaser installiert. Es ist in der Lage, sehr kurze (100 Femtosekunden – ein Zehn-Billionstel einer Sekunde) Laserstrahlungsimpulse mit enormer Leistung zu erzeugen. Dadurch erhalten wir die Möglichkeit, nichtlineare optische Effekte zu untersuchen: die Erzeugung doppelter Frequenzen und andere grundlegende Phänomene, die unter natürlichen Bedingungen unerreichbar sind.
Unser Kryostat befindet sich ebenfalls im Labor. Es ermöglicht optische Messungen mit demselben Quellensatz, jedoch bei niedrigen Temperaturen – bis zu sieben Kelvin, was ungefähr -266 °C entspricht.
Unter solchen Bedingungen können eine Reihe einzigartiger Phänomene beobachtet werden, insbesondere das Regime der starken Kopplung zwischen Licht und Materie, wenn ein Photon und ein Exziton (Elektron-Loch-Paar) ein einziges Teilchen bilden – ein Exziton-Polariton. Polaritonen sind in den Bereichen Quantencomputer und Geräte mit starken nichtlinearen Effekten vielversprechend.
Auf dem Foto: INTEGRA-Sondenmikroskop
Im letzten Raum des Labors stellten wir unsere diagnostischen Instrumente auf - и . Mit der ersten Methode können Sie ein Bild der Oberfläche eines Objekts mit hoher räumlicher Auflösung erstellen und die Zusammensetzung, Struktur und andere Eigenschaften der Oberflächenschichten jedes Materials untersuchen. Dazu scannt er sie mit einem fokussierten, durch Hochspannung beschleunigten Elektronenstrahl.
Ein Rastersondenmikroskop macht dasselbe, indem es eine Sonde verwendet, die die Oberfläche der Probe abtastet. In diesem Fall ist es möglich, gleichzeitig Informationen über die „Landschaft“ der Probenoberfläche und über ihre lokalen Eigenschaften, beispielsweise elektrisches Potenzial und Magnetisierung, zu erhalten.
Im Bild: Rasterelektronenmikroskop S50 EDAX
Diese Instrumente helfen uns, Proben für weitere optische Studien zu charakterisieren.
Projekte und Pläne
Eines der Hauptprojekte des Labors ist damit verbunden hybride Zustände von Licht und Materie in Quantenmaterialien – bereits oben erwähnte Exziton-Polaritonen. Diesem Thema ist ein Großstipendium des Ministeriums für Bildung und Wissenschaft der Russischen Föderation gewidmet. Das Projekt wird vom führenden Wissenschaftler der University of Sheffield, Maurice Shkolnik, geleitet. Die experimentelle Arbeit an dem Projekt wird von Anton Samusev durchgeführt und der theoretische Teil wird von Professor der Fakultät für Physik und Technologie Ivan Shelykh geleitet.
Labormitarbeiter untersuchen auch Möglichkeiten, Informationen mithilfe von Solitonen zu übertragen. Solitonen sind Wellen, die nicht von der Dispersion betroffen sind. Dadurch „verbreitern“ sich Signale, die mit Solitonen übertragen werden, bei ihrer Ausbreitung nicht, wodurch sowohl die Geschwindigkeit als auch die Reichweite der Übertragung erhöht werden können.
Anfang 2018 kamen Wissenschaftler unserer Universität und Kollegen der Universität in Wladimir zusammen Modell eines Festkörper-Terahertz-Lasers. Die Besonderheit der Entwicklung besteht darin, dass Terahertz-Strahlung nicht durch Gegenstände aus Holz, Kunststoff und Keramik „verzögert“ wird. Dank dieser Eigenschaft wird der Laser in Passagier- und Gepäckkontrollbereichen zur schnellen Suche nach Metallgegenständen eingesetzt. Ein weiterer Anwendungsbereich ist die Restaurierung antiker Kunstgegenstände. Das optische System hilft dabei, Bilder zu erhalten, die unter Farb- oder Keramikschichten verborgen sind.
Wir planen, das Labor mit neuen Geräten auszustatten, um noch komplexere Forschungsarbeiten durchführen zu können. Kaufen Sie beispielsweise einen abstimmbaren Femtosekundenlaser, der das Spektrum der untersuchten Materialien erheblich erweitern wird. Dies hilft bei Aufgaben im Zusammenhang mit Quantenchips für Computersysteme der nächsten Generation.
Wie die ITMO University arbeitet und lebt:
Source: habr.com