Anteriormente mostramos nuestra и . Hoy puedes mirar el laboratorio óptico de la Facultad de Física y Tecnología de la Universidad ITMO.
En la foto: nanolitografía XNUMXD
El Laboratorio de Materiales Cuánticos de Bajas Dimensiones pertenece al Centro de Investigación en Nanofotónica y Metamateriales () En la base .
Sus empleados están comprometidos propiedades : plasmones, excitones y polaritones. Estos estudios permitirán crear computadoras ópticas y cuánticas completas. El laboratorio está dividido en varias áreas de trabajo que cubren todas las etapas del trabajo con materiales cuánticos de bajas dimensiones: preparación de muestras, su fabricación, caracterización y estudios ópticos.
La primera zona está equipada con todo lo necesario para la preparación de muestras. .
Para limpiarlos, se instala un limpiador ultrasónico y, para garantizar un trabajo seguro con alcoholes, aquí está equipada una potente campana extractora. Algunos materiales de investigación nos los suministran laboratorios asociados en Finlandia, Singapur y Dinamarca.
Para esterilizar las muestras se instala en la habitación un armario de secado BINDER FD Classic.Line. Los elementos calefactores de su interior mantienen temperaturas de 10 a 300°C. Dispone de una interfaz USB para un seguimiento continuo de la temperatura durante el experimento.
El personal del laboratorio también utiliza esta cámara para realizar pruebas de estrés y pruebas de envejecimiento de las muestras. Estos experimentos son necesarios para comprender cómo se comportan los materiales y dispositivos en determinadas condiciones: estándar y extremas.
En la habitación contigua hay instalada una nanolitografía tridimensional. Permite la fabricación de estructuras tridimensionales de varios cientos de nanómetros de tamaño.
El principio de su funcionamiento se basa en el fenómeno de la polimerización de dos fotones. Básicamente, es una impresora 3D que utiliza láseres para dar forma a un objeto a partir de un polímero líquido. El polímero se endurece sólo en el punto donde se enfoca el rayo láser.
En la foto: nanolitografía XNUMXD
A diferencia de las técnicas de litografía estándar, que se utilizan para crear procesadores y trabajar con capas delgadas de materiales, la polimerización de dos fotones permite la creación de estructuras tridimensionales complejas. Por ejemplo, así:
La siguiente sala del laboratorio se utiliza para experimentos ópticos.
Hay una gran mesa óptica de casi diez metros de largo, repleta de numerosas instalaciones. Los elementos principales de cada instalación son fuentes de radiación (láseres y lámparas), espectrómetros y microscopios. Uno de los microscopios tiene tres canales ópticos a la vez: superior, lateral e inferior.
Puede utilizarse para medir no sólo los espectros de transmisión y reflexión, sino también la dispersión. Estos últimos proporcionan información muy rica sobre los nanoobjetos, por ejemplo, las características espectrales y los patrones de radiación de las nanoantenas.
En la foto: el efecto de la dispersión de la luz sobre las partículas de silicio.
Todo el equipo está ubicado sobre una mesa con un único sistema de supresión de vibraciones. La radiación de cualquier láser se puede enviar a cualquiera de los sistemas ópticos y microscopios utilizando sólo unos pocos espejos y se puede continuar con la investigación.
Un láser de gas de onda continua con un espectro muy estrecho permite realizar experimentos en . El rayo láser se enfoca sobre la superficie de la muestra y un espectrómetro registra el espectro de la luz dispersada.
En los espectros se observan líneas estrechas correspondientes a la dispersión inelástica de la luz (con un cambio en la longitud de onda). Estos picos proporcionan información sobre la estructura cristalina de la muestra y, a veces, incluso sobre la configuración de moléculas individuales.
También hay un láser de femtosegundo instalado en la habitación. Es capaz de generar pulsos muy cortos (100 femtosegundos, una diezbillonésima de segundo) de radiación láser con una potencia enorme. Como resultado, tenemos la oportunidad de estudiar efectos ópticos no lineales: generación de frecuencias duplicadas y otros fenómenos fundamentales inalcanzables en condiciones naturales.
Nuestro criostato también se encuentra en el laboratorio. Permite realizar mediciones ópticas con el mismo conjunto de fuentes, pero a bajas temperaturas, hasta siete Kelvin, lo que equivale aproximadamente a -266°C.
En tales condiciones, se pueden observar una serie de fenómenos únicos, en particular, el régimen de fuerte acoplamiento entre la luz y la materia, cuando un fotón y un excitón (par electrón-hueco) forman una sola partícula: un excitón-polaritón. Los polaritones son muy prometedores en los campos de la computación cuántica y los dispositivos con fuertes efectos no lineales.
En la foto: microscopio de sonda INTEGRA
En la última sala del laboratorio colocamos nuestros instrumentos de diagnóstico. и . El primero permite obtener una imagen de la superficie de un objeto con alta resolución espacial y estudiar la composición, estructura y otras propiedades de las capas superficiales de cada material. Para ello, los escanea con un haz enfocado de electrones acelerados por alto voltaje.
Un microscopio de sonda de barrido hace lo mismo utilizando una sonda que escanea la superficie de la muestra. En este caso, es posible obtener simultáneamente información sobre el "paisaje" de la superficie de la muestra y sobre sus propiedades locales, por ejemplo, potencial eléctrico y magnetización.
En la imagen: microscopio electrónico de barrido S50 EDAX
Estos instrumentos nos ayudan a caracterizar muestras para estudios ópticos posteriores.
Proyectos y planes
Uno de los principales proyectos del laboratorio está relacionado con estados híbridos de luz y materia en materiales cuánticos: excitón-polaritones ya mencionados anteriormente. A este tema se dedica una megasubvención del Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia. El proyecto está dirigido por el destacado científico de la Universidad de Sheffield, Maurice Shkolnik. El trabajo experimental del proyecto lo lleva a cabo Anton Samusev y la parte teórica está a cargo del profesor de la Facultad de Física y Tecnología Ivan Shelykh.
El personal del laboratorio también está estudiando formas de transmitir información utilizando solitones. Los solitones son ondas que no se ven afectadas por la dispersión. Gracias a esto, las señales transmitidas mediante solitones no se “extienden” durante su propagación, lo que permite aumentar tanto la velocidad como el alcance de transmisión.
A principios de 2018, científicos de nuestra Universidad y colegas de la Universidad de Vladimir Modelo de un láser de terahercios de estado sólido. La peculiaridad del desarrollo es que la radiación de terahercios no se "retrasa" en los objetos de madera, plástico y cerámica. Gracias a esta propiedad, el láser se utilizará en las zonas de inspección de pasajeros y equipaje para buscar rápidamente objetos metálicos. Otro ámbito de aplicabilidad es la restauración de objetos de arte antiguos. El sistema óptico ayudará a obtener imágenes ocultas bajo capas de pintura o cerámica.
Nuestros planes son equipar el laboratorio con nuevos equipos para realizar investigaciones aún más complejas. Por ejemplo, compre un láser de femtosegundo sintonizable, que ampliará significativamente la gama de materiales en estudio. Esto ayudará con las tareas relacionadas con Chips cuánticos para sistemas informáticos de próxima generación.
Cómo funciona y vive la Universidad ITMO:
Fuente: habr.com