Varem näitasime oma и . Täna saab vaadata ITMO ülikooli füüsika- ja tehnoloogiateaduskonna optikalaborisse.
Pildil: XNUMXD nanolitograafia
Madalamõõtmeliste kvantmaterjalide labor kuulub nanofotoonika ja metamaterjalide uurimiskeskuse alla () alusel .
Selle töötajad on hõivatud omadused : plasmonid, eksitonid ja polaritonid. Need uuringud võimaldavad luua täisväärtuslikke optilisi ja kvantarvuteid. Laboratoorium on jagatud mitmeks töövaldkonnaks, mis hõlmavad kõiki madalamõõtmeliste kvantmaterjalidega töötamise etappe: proovide ettevalmistamine, nende valmistamine, iseloomustamine ja optilised uuringud.
Esimene tsoon on varustatud kõige vajalikuga proovide ettevalmistamiseks .
Nende puhastamiseks on paigaldatud ultrahelipuhasti ning alkoholidega töötamise ohutuks tagamiseks on siin varustatud võimas väljatõmbekubu. Osa uurimismaterjale tarnivad meile partnerlaborid Soomes, Singapuris ja Taanis.
Proovide steriliseerimiseks on ruumi paigaldatud kuivatuskapp BINDER FD Classic.Line. Selle sees olevad kütteelemendid hoiavad temperatuuri vahemikus 10 kuni 300°C. Sellel on USB-liides pidevaks temperatuuri jälgimiseks katse ajal.
Laboritöötajad kasutavad seda kambrit ka proovide stressitestide ja vananemistestide läbiviimiseks. Sellised katsed on vajalikud, et mõista, kuidas materjalid ja seadmed teatud tingimustes käituvad: standardsed ja äärmuslikud.
Järgmises ruumis on paigaldatud kolmemõõtmeline nanolitograaf. See võimaldab valmistada mitmesaja nanomeetri suuruseid kolmemõõtmelisi struktuure.
Selle tööpõhimõte põhineb kahe footoni polümerisatsiooni nähtusel. Põhimõtteliselt on see 3D-printer, mis kasutab vedelast polümeerist objekti vormimiseks lasereid. Polümeer kõveneb ainult laserkiire fookuspunktis.
Pildil: XNUMXD nanolitograafia
Erinevalt tavalistest litograafiatehnikatest, mida kasutatakse protsessorite loomiseks ja õhukeste materjalikihtidega töötamiseks, võimaldab kahefotoni polümerisatsioon luua keerukaid kolmemõõtmelisi struktuure. Näiteks nii:
Labori kõrvalruumi kasutatakse optilisteks katseteks.
Seal on ligi kümne meetri pikkune suur optiline laud, mis on täidetud arvukate installatsioonidega. Iga paigalduse põhielemendid on kiirgusallikad (laserid ja lambid), spektromeetrid ja mikroskoobid. Ühel mikroskoopidest on korraga kolm optilist kanalit – ülemine, külgmine ja alumine.
Sellega saab mõõta mitte ainult ülekande- ja peegeldusspektreid, vaid ka hajumist. Viimased pakuvad nanoobjektide kohta väga rikkalikku teavet, näiteks nanoantennide spektraalomaduste ja kiirgusmustrite kohta.
Fotol: valguse hajumise mõju räniosakestele
Kõik seadmed asuvad ühe vibratsiooni summutussüsteemiga laual. Mis tahes laseri kiirgust saab vaid mõne peegli abil saata mis tahes optilisse süsteemi ja mikroskoopi ning uurimistööd võib jätkata.
Väga kitsa spektriga pidevlaine gaasilaser võimaldab katseid läbi viia . Laserikiir fokusseeritakse proovi pinnale ja hajutatud valguse spekter registreeritakse spektromeetriga.
Spektrites täheldatakse kitsaid jooni, mis vastavad mitteelastsele valguse hajumisele (lainepikkuse muutumisega). Need piigid annavad teavet proovi kristallstruktuuri ja mõnikord isegi üksikute molekulide konfiguratsiooni kohta.
Samuti on ruumi paigaldatud femtosekundiline laser. See on võimeline genereerima väga lühikesi (100 femtosekundit – üks kümnetriljondik sekundist) tohutu võimsusega laserkiirguse impulsse. Selle tulemusena saame võimaluse uurida mittelineaarseid optilisi efekte: kahekordistunud sageduste teket ja muid fundamentaalseid nähtusi, mis pole looduslikes tingimustes saavutatavad.
Meie krüostaat asub samuti laboris. See võimaldab optilisi mõõtmisi teha samade allikate komplektiga, kuid madalatel temperatuuridel - kuni seitse Kelvinit, mis on ligikaudu võrdne -266 °C-ga.
Sellistes tingimustes võib täheldada mitmeid ainulaadseid nähtusi, eelkõige valguse ja aine tugeva sideme režiimi, kui footon ja eksiton (elektron-augu paar) moodustavad ühe osakese - eksiton-polaritoni. Polaritonitel on palju lubadusi kvantarvutuste ja tugevate mittelineaarsete efektidega seadmete valdkonnas.
Fotol: INTEGRA sondimikroskoop
Labori viimases ruumis paigutasime oma diagnostikainstrumendid - и . Esimene võimaldab saada suure ruumilise eraldusvõimega pildi objekti pinnast ning uurida iga materjali pinnakihtide koostist, struktuuri ja muid omadusi. Selleks skaneerib ta neid kõrgepinge poolt kiirendatud fokuseeritud elektronkiire abil.
Skaneeriva sondi mikroskoop teeb sama asja, kasutades proovi pinda skaneerivat sondi. Sel juhul on võimalik üheaegselt saada teavet proovipinna “maastiku” ja selle lokaalsete omaduste, näiteks elektripotentsiaali ja magnetiseerituse kohta.
Pildil: skaneeriv elektronmikroskoop S50 EDAX
Need instrumendid aitavad meil proove edasiste optiliste uuringute jaoks iseloomustada.
Projektid ja plaanid
Labori üks põhiprojekte on seotud valguse ja aine hübriidseisundid kvantmaterjalides – eksiton-polaritonid, mida juba eespool mainitud. Sellele teemale on pühendatud Vene Föderatsiooni haridus- ja teadusministeeriumi suurtoetus. Projekti juhib juhtiv teadlane Sheffieldi ülikoolist Maurice Shkolnik. Projekti eksperimentaalseid töid viib läbi Anton Samusev ning teoreetilist osa juhib füüsika- ja tehnoloogiateaduskonna professor Ivan Shelykh.
Labori töötajad uurivad ka viise, kuidas teavet solitonide abil edastada. Solitonid on lained, mida hajumine ei mõjuta. Tänu sellele ei levi solitonide abil edastatavad signaalid levides "laiali", mis võimaldab suurendada nii edastuskiirust kui ka ulatust.
2018. aasta alguses osalesid meie ülikooli teadlased ja kolleegid Vladimiri ülikoolist tahkis-terahertslaseri mudel. Arengu eripära on see, et terahertskiirgust ei “viivita” puidust, plastist ja keraamikast valmistatud esemed. Tänu sellele omadusele hakatakse laserit kasutama reisijate ja pagasi kontrolli aladel metallesemete kiireks otsimiseks. Teine rakendusvaldkond on iidsete kunstiobjektide restaureerimine. Optiline süsteem aitab saada pilte, mis on peidetud värvi- või keraamikakihtide alla.
Meie plaanid on varustada labor uute seadmetega, et teha veelgi keerukamaid uuringuid. Näiteks ostke häälestatav femtosekundiline laser, mis laiendab oluliselt uuritavate materjalide valikut. See aitab täita ülesandeid, mis on seotud kvantkiibid järgmise põlvkonna arvutisüsteemide jaoks.
Kuidas ITMO ülikool töötab ja elab:
Allikas: www.habr.com
