Προηγουμένως δείξαμε το δικό μας и . Σήμερα μπορείτε να δείτε το οπτικό εργαστήριο της Σχολής Φυσικής και Τεχνολογίας του Πανεπιστημίου ITMO.
Φωτογραφία: XNUMXD νανολιθόγραφος
Το Εργαστήριο Κβαντικών Υλικών Χαμηλών Διαστάσεων ανήκει στο Ερευνητικό Κέντρο Νανοφωτονικών και Μεταϋλικών () στη βάση .
Οι υπάλληλοί της είναι προσηλωμένοι ιδιότητες : πλασμόνια, εξιτόνια και πολαριτόνια. Αυτές οι μελέτες θα καταστήσουν δυνατή τη δημιουργία ολοκληρωμένων οπτικών και κβαντικών υπολογιστών. Το εργαστήριο χωρίζεται σε διάφορους χώρους εργασίας που καλύπτουν όλα τα στάδια εργασίας με κβαντικά υλικά χαμηλής διάστασης: προετοιμασία δειγμάτων, κατασκευή τους, χαρακτηρισμός και οπτικές μελέτες.
Η πρώτη ζώνη είναι εξοπλισμένη με όλα τα απαραίτητα για την προετοιμασία του δείγματος .
Για τον καθαρισμό τους είναι εγκατεστημένο ένα καθαριστικό υπερήχων και για να διασφαλιστεί η ασφαλής εργασία με αλκοόλες, είναι εξοπλισμένο εδώ μια ισχυρή κουκούλα εξάτμισης. Ορισμένο ερευνητικό υλικό μας παρέχεται από συνεργαζόμενα εργαστήρια στη Φινλανδία, τη Σιγκαπούρη και τη Δανία.
Για την αποστείρωση των δειγμάτων, τοποθετείται στο δωμάτιο ένα ντουλάπι στεγνώματος BINDER FD Classic.Line. Τα θερμαντικά στοιχεία στο εσωτερικό του διατηρούν θερμοκρασίες από 10 έως 300°C. Διαθέτει διασύνδεση USB για συνεχή παρακολούθηση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια του πειράματος.
Το προσωπικό του εργαστηρίου χρησιμοποιεί επίσης αυτόν τον θάλαμο για τη διεξαγωγή δοκιμών ακραίων καταστάσεων και δοκιμών γήρανσης σε δείγματα. Τέτοια πειράματα είναι απαραίτητα για να κατανοήσουμε πώς συμπεριφέρονται τα υλικά και οι συσκευές υπό ορισμένες συνθήκες: τυπικές και ακραίες.
Στο διπλανό δωμάτιο τοποθετείται τρισδιάστατος νανολιθόγραφος. Επιτρέπει την κατασκευή τρισδιάστατων δομών σε μέγεθος αρκετών εκατοντάδων νανόμετρων.
Η αρχή της λειτουργίας του βασίζεται στο φαινόμενο του πολυμερισμού δύο φωτονίων. Ουσιαστικά, είναι ένας τρισδιάστατος εκτυπωτής που χρησιμοποιεί λέιζερ για να διαμορφώσει ένα αντικείμενο από ένα υγρό πολυμερές. Το πολυμερές σκληραίνει μόνο στο σημείο όπου εστιάζεται η δέσμη λέιζερ.
Φωτογραφία: XNUMXD νανολιθόγραφος
Σε αντίθεση με τις τυπικές τεχνικές λιθογραφίας, που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία επεξεργαστών και την εργασία με λεπτά στρώματα υλικών, ο πολυμερισμός δύο φωτονίων επιτρέπει τη δημιουργία πολύπλοκων τρισδιάστατων δομών. Για παράδειγμα, όπως αυτό:
Η διπλανή αίθουσα του εργαστηρίου χρησιμοποιείται για οπτικά πειράματα.
Υπάρχει ένα μεγάλο οπτικό τραπέζι μήκους σχεδόν δέκα μέτρων, γεμάτο με πολλές εγκαταστάσεις. Τα κύρια στοιχεία κάθε εγκατάστασης είναι πηγές ακτινοβολίας (λέιζερ και λαμπτήρες), φασματόμετρα και μικροσκόπια. Ένα από τα μικροσκόπια έχει τρία οπτικά κανάλια ταυτόχρονα - επάνω, πλαϊνό και κάτω.
Μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση όχι μόνο των φασμάτων μετάδοσης και ανάκλασης, αλλά και για τη σκέδαση. Τα τελευταία παρέχουν πολύ πλούσιες πληροφορίες για τα νανοαντικείμενα, για παράδειγμα, τα φασματικά χαρακτηριστικά και τα μοτίβα ακτινοβολίας των νανοκεραιών.
Στη φωτογραφία: η επίδραση της σκέδασης φωτός στα σωματίδια πυριτίου
Όλος ο εξοπλισμός βρίσκεται σε ένα τραπέζι με ένα ενιαίο σύστημα καταστολής κραδασμών. Η ακτινοβολία οποιουδήποτε λέιζερ μπορεί να σταλεί σε οποιοδήποτε από τα οπτικά συστήματα και τα μικροσκόπια χρησιμοποιώντας μόνο λίγους καθρέφτες και η έρευνα μπορεί να συνεχιστεί.
Ένα λέιζερ αερίου συνεχούς κύματος με πολύ στενό φάσμα καθιστά δυνατή τη διεξαγωγή πειραμάτων . Η δέσμη λέιζερ εστιάζεται στην επιφάνεια του δείγματος και το φάσμα του σκεδαζόμενου φωτός καταγράφεται από ένα φασματόμετρο.
Στα φάσματα παρατηρούνται στενές γραμμές που αντιστοιχούν σε ανελαστική σκέδαση φωτός (με αλλαγή στο μήκος κύματος). Αυτές οι κορυφές παρέχουν πληροφορίες για την κρυσταλλική δομή του δείγματος και μερικές φορές ακόμη και για τη διαμόρφωση μεμονωμένων μορίων.
Υπάρχει επίσης ένα λέιζερ femtosecond εγκατεστημένο στο δωμάτιο. Είναι ικανό να παράγει πολύ σύντομους (100 femtoseconds - ένα δέκατο τρισεκατομμυριοστό του δευτερολέπτου) παλμούς ακτινοβολίας λέιζερ με τεράστια ισχύ. Ως αποτέλεσμα, έχουμε την ευκαιρία να μελετήσουμε μη γραμμικά οπτικά φαινόμενα: δημιουργία διπλασιασμένων συχνοτήτων και άλλα θεμελιώδη φαινόμενα ανέφικτα υπό φυσικές συνθήκες.
Ο κρυοστάτης μας βρίσκεται επίσης στο εργαστήριο. Επιτρέπει οπτικές μετρήσεις με το ίδιο σύνολο πηγών, αλλά σε χαμηλές θερμοκρασίες - έως επτά Kelvin, που είναι περίπου ίσο με -266°C.
Κάτω από τέτοιες συνθήκες, μπορεί να παρατηρηθεί μια σειρά μοναδικών φαινομένων, ιδίως το καθεστώς της ισχυρής σύζευξης μεταξύ φωτός και ύλης, όταν ένα φωτόνιο και ένα εξιτόνιο (ζεύγος ηλεκτρονίου-οπής) σχηματίζουν ένα μόνο σωματίδιο - ένα εξιτόνιο-πολάριο. Τα Polariton υπόσχονται πολλά στους τομείς των κβαντικών υπολογιστών και των συσκευών με ισχυρά μη γραμμικά αποτελέσματα.
Στη φωτογραφία: μικροσκόπιο ανιχνευτή INTEGRA
Στην τελευταία αίθουσα του εργαστηρίου τοποθετήσαμε τα διαγνωστικά μας όργανα - и . Το πρώτο σας επιτρέπει να αποκτήσετε μια εικόνα της επιφάνειας ενός αντικειμένου με υψηλή χωρική ανάλυση και να μελετήσετε τη σύνθεση, τη δομή και άλλες ιδιότητες των επιφανειακών στρωμάτων κάθε υλικού. Για να γίνει αυτό, τα σαρώνει με μια εστιασμένη δέσμη ηλεκτρονίων που επιταχύνεται από υψηλή τάση.
Ένα μικροσκόπιο ανιχνευτή σάρωσης κάνει το ίδιο πράγμα χρησιμοποιώντας έναν ανιχνευτή που σαρώνει την επιφάνεια του δείγματος. Σε αυτήν την περίπτωση, είναι δυνατό να ληφθούν ταυτόχρονα πληροφορίες για το «τοπίο» της επιφάνειας του δείγματος και για τις τοπικές ιδιότητές του, για παράδειγμα, ηλεκτρικό δυναμικό και μαγνήτιση.
Στη φωτογραφία: ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης S50 EDAX
Αυτά τα όργανα μας βοηθούν να χαρακτηρίσουμε δείγματα για περαιτέρω οπτικές μελέτες.
Έργα και σχέδια
Ένα από τα κύρια έργα του εργαστηρίου σχετίζεται με υβριδικές καταστάσεις φωτός και ύλης σε κβαντικά υλικά - εξιτονικά-πολαριτόνια που αναφέρθηκαν ήδη παραπάνω. Μια μεγάλη επιχορήγηση από το Υπουργείο Παιδείας και Επιστημών της Ρωσικής Ομοσπονδίας είναι αφιερωμένη σε αυτό το θέμα. Το έργο διευθύνεται από τον κορυφαίο επιστήμονα από το Πανεπιστήμιο του Σέφιλντ, Maurice Shkolnik. Η πειραματική εργασία για το έργο διεξάγεται από τον Anton Samusev και το θεωρητικό μέρος διευθύνεται από τον καθηγητή της Σχολής Φυσικής και Τεχνολογίας Ivan Shelykh.
Το προσωπικό του εργαστηρίου μελετά επίσης τρόπους μετάδοσης πληροφοριών χρησιμοποιώντας σολιτόνια. Τα σολίτονα είναι κύματα που δεν επηρεάζονται από τη διασπορά. Χάρη σε αυτό, τα σήματα που μεταδίδονται με χρήση σολιτονίων δεν "απλώνονται" καθώς διαδίδονται, γεγονός που καθιστά δυνατή την αύξηση τόσο της ταχύτητας όσο και της εμβέλειας της μετάδοσης.
Στις αρχές του 2018, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο μας και συνάδελφοι από το πανεπιστήμιο του Βλαντιμίρ μοντέλο ενός λέιζερ στερεάς κατάστασης terahertz. Η ιδιαιτερότητα της ανάπτυξης είναι ότι η ακτινοβολία terahertz δεν «καθυστερεί» από αντικείμενα από ξύλο, πλαστικό και κεραμικά. Χάρη σε αυτήν την ιδιότητα, το λέιζερ θα χρησιμοποιηθεί σε χώρους επιθεώρησης επιβατών και αποσκευών για γρήγορη αναζήτηση μεταλλικών αντικειμένων. Ένας άλλος τομέας εφαρμογής είναι η αποκατάσταση αρχαίων αντικειμένων τέχνης. Το οπτικό σύστημα θα βοηθήσει στη λήψη εικόνων κρυμμένων κάτω από στρώματα βαφής ή κεραμικών.
Τα σχέδιά μας είναι να εξοπλίσουμε το εργαστήριο με νέο εξοπλισμό για τη διεξαγωγή ακόμη πιο σύνθετης έρευνας. Για παράδειγμα, αγοράστε ένα ρυθμιζόμενο λέιζερ femtosecond, το οποίο θα επεκτείνει σημαντικά το φάσμα των υλικών που μελετώνται. Αυτό θα βοηθήσει με εργασίες που σχετίζονται με κβαντικά τσιπ για υπολογιστικά συστήματα επόμενης γενιάς.
Πώς λειτουργεί και ζει το Πανεπιστήμιο ITMO:
Πηγή: www.habr.com