Auparavant, nous avons montré notre и . Aujourd'hui, vous pouvez visiter le laboratoire d'optique de la Faculté de physique et de technologie de l'Université ITMO.
Sur la photo : nanolithographie 3D
Le Laboratoire des Matériaux Quantiques de Basse Dimension appartient au Centre de Recherche en Nanophotonique et Métamatériaux () sur le socle .
Ses collaborateurs sont engagés propriétés : plasmons, excitons et polaritons. Ces études permettront de créer des ordinateurs optiques et quantiques à part entière. Le laboratoire est divisé en plusieurs zones de travail couvrant toutes les étapes de travail avec les matériaux quantiques de basse dimension : préparation des échantillons, leur fabrication, caractérisation et études optiques.
La première zone est équipée de tout le nécessaire à la préparation des échantillons .
Un nettoyeur à ultrasons est installé pour les nettoyer, et pour assurer un travail en toute sécurité avec des alcools, une puissante hotte aspirante est équipée ici. Certains matériels de recherche nous sont fournis par des laboratoires partenaires en Finlande, à Singapour et au Danemark.
Pour stériliser les échantillons, une armoire de séchage BINDER FD Classic.Line est installée dans la pièce. Les éléments chauffants à l'intérieur maintiennent des températures de 10 à 300°C. Il dispose d'une interface USB pour une surveillance continue de la température pendant l'expérience.
Le personnel du laboratoire utilise également cette chambre pour réaliser des tests de contrainte et des tests de vieillissement sur des échantillons. De telles expériences sont nécessaires pour comprendre comment les matériaux et les dispositifs se comportent dans certaines conditions : standards et extrêmes.
Une nanolithographie tridimensionnelle est installée dans la salle voisine. Il permet la fabrication de structures tridimensionnelles de plusieurs centaines de nanomètres.
Le principe de son fonctionnement repose sur le phénomène de polymérisation biphotonique. Il s'agit essentiellement d'une imprimante 3D qui utilise des lasers pour façonner un objet à partir d'un polymère liquide. Le polymère ne durcit qu'au point de focalisation du faisceau laser.
Sur la photo : nanolithographie 3D
Contrairement aux techniques de lithographie standards, utilisées pour créer des processeurs et travailler avec de fines couches de matériaux, la polymérisation à deux photons permet la création de structures tridimensionnelles complexes. Par exemple, comme ceci :
La salle voisine du laboratoire est utilisée pour les expériences optiques.
Il y a une grande table optique de près de dix mètres de long, remplie de nombreuses installations. Les principaux éléments de chaque installation sont des sources de rayonnement (lasers et lampes), des spectromètres et des microscopes. L'un des microscopes possède trois canaux optiques à la fois : supérieur, latéral et inférieur.
Il peut être utilisé pour mesurer non seulement les spectres de transmission et de réflexion, mais également la diffusion. Ces derniers fournissent des informations très riches sur les nanoobjets, par exemple les caractéristiques spectrales et les diagrammes de rayonnement des nanoantennes.
Sur la photo : l'effet de la diffusion de la lumière sur les particules de silicium
Tous les équipements sont situés sur une table avec un seul système de suppression des vibrations. Le rayonnement de n’importe quel laser peut être envoyé à n’importe quel système optique et microscope en utilisant seulement quelques miroirs et la recherche peut se poursuivre.
Un laser à gaz à onde continue et à spectre très étroit permet de réaliser des expériences sur . Le faisceau laser est focalisé sur la surface de l'échantillon et le spectre de la lumière diffusée est enregistré par un spectromètre.
Des lignes étroites correspondant à une diffusion inélastique de la lumière (avec un changement de longueur d'onde) sont observées dans les spectres. Ces pics fournissent des informations sur la structure cristalline de l’échantillon, et parfois même sur la configuration de molécules individuelles.
Un laser femtoseconde est également installé dans la pièce. Il est capable de générer des impulsions de rayonnement laser très courtes (100 femtosecondes - un dix billionième de seconde) avec une puissance énorme. En conséquence, nous avons l’opportunité d’étudier les effets optiques non linéaires : génération de fréquences doublées et d’autres phénomènes fondamentaux inaccessibles dans des conditions naturelles.
Notre cryostat est également situé dans le laboratoire. Il permet des mesures optiques avec le même ensemble de sources, mais à basses températures - jusqu'à sept Kelvin, ce qui équivaut approximativement à -266°C.
Dans de telles conditions, un certain nombre de phénomènes uniques peuvent être observés, en particulier le régime de couplage fort entre la lumière et la matière, lorsqu'un photon et un exciton (paire électron-trou) forment une seule particule - un exciton-polariton. Les polaritons sont très prometteurs dans les domaines de l’informatique quantique et des dispositifs à forts effets non linéaires.
Sur la photo : microscope à sonde INTEGRA
Dans la dernière salle du laboratoire nous avons placé nos instruments de diagnostic - и . Le premier permet d'obtenir une image de la surface d'un objet avec une haute résolution spatiale et d'étudier la composition, la structure et d'autres propriétés des couches superficielles de chaque matériau. Pour ce faire, il les scanne avec un faisceau focalisé d’électrons accélérés par une haute tension.
Un microscope à sonde à balayage fait la même chose en utilisant une sonde qui scanne la surface de l'échantillon. Dans ce cas, il est possible d'obtenir simultanément des informations sur le « paysage » de la surface de l'échantillon et sur ses propriétés locales, par exemple le potentiel électrique et la magnétisation.
Sur la photo : microscope électronique à balayage S50 EDAX
Ces instruments nous aident à caractériser des échantillons pour des études optiques ultérieures.
Projets et plans
L'un des principaux projets du laboratoire est lié à états hybrides de lumière et de matière dans les matériaux quantiques – excitons-polaritons déjà mentionnés ci-dessus. Une méga-subvention du ministère de l'Éducation et des Sciences de la Fédération de Russie est consacrée à ce sujet. Le projet est dirigé par l'éminent scientifique de l'Université de Sheffield, Maurice Shkolnik. Les travaux expérimentaux sur le projet sont réalisés par Anton Samusev et la partie théorique est dirigée par le professeur de la Faculté de physique et de technologie Ivan Shelykh.
Le personnel du laboratoire étudie également les moyens de transmettre des informations à l'aide de solitons. Les solitons sont des ondes qui ne sont pas affectées par la dispersion. Grâce à cela, les signaux transmis à l'aide de solitons ne « s'étalent » pas au fur et à mesure de leur propagation, ce qui permet d'augmenter à la fois la vitesse et la portée de transmission.
Début 2018, des scientifiques de notre université et des collègues de l'université de Vladimir modèle d'un laser térahertz à semi-conducteurs. La particularité du développement est que le rayonnement térahertz n'est pas « retardé » par les objets en bois, en plastique et en céramique. Grâce à cette propriété, le laser sera utilisé dans les zones de contrôle des passagers et des bagages pour rechercher rapidement des objets métalliques. Un autre domaine d'applicabilité est la restauration d'objets d'art anciens. Le système optique permettra d'obtenir des images cachées sous des couches de peinture ou de céramique.
Nous envisageons d'équiper le laboratoire de nouveaux équipements pour mener des recherches encore plus complexes. Par exemple, achetez un laser femtoseconde accordable, qui élargira considérablement la gamme de matériaux étudiés. Cela facilitera les tâches liées à puces quantiques pour les systèmes informatiques de nouvelle génération.
Comment fonctionne et vit l'Université ITMO :
Source: habr.com