Anteriormente mostramos o noso и . Hoxe podes ver o laboratorio de óptica da Facultade de Física e Tecnoloxía da Universidade ITMO.
Imaxe: nanolitografía XNUMXD
O Laboratorio de Materiais Cuánticos de Baixa Dimensión pertence ao Centro de Investigación de Nanofotónica e Metamateriais () na base .
Os seus empregados están comprometidos propiedades : plasmóns, excitóns e polaritóns. Estes estudos permitirán crear ordenadores ópticos e cuánticos completos. O laboratorio divídese en varias áreas de traballo que abarcan todas as fases do traballo con materiais cuánticos de baixa dimensión: preparación de mostras, a súa fabricación, caracterización e estudos ópticos.
A primeira zona está equipada con todo o necesario para a preparación da mostra .
Instálase un limpador de ultrasóns para limpalos e, para garantir un traballo seguro con alcoholes, está equipada aquí unha potente campana de escape. Algúns materiais de investigación son subministrados por laboratorios asociados en Finlandia, Singapur e Dinamarca.
Para esterilizar as mostras, instálase na sala un armario de secado BINDER FD Classic.Line. Os elementos calefactores no seu interior manteñen temperaturas de 10 a 300 °C. Ten unha interface USB para a monitorización continua da temperatura durante o experimento.
O persoal do laboratorio tamén utiliza esta cámara para realizar probas de esforzo e probas de envellecemento das mostras. Estes experimentos son necesarios para comprender como se comportan os materiais e os dispositivos en determinadas condicións: estándar e extremas.
Na sala do lado instálase unha nanolitografía tridimensional. Permite a fabricación de estruturas tridimensionais de varios centos de nanómetros de tamaño.
O principio do seu funcionamento baséase no fenómeno da polimerización de dous fotóns. Esencialmente, é unha impresora 3D que usa láseres para dar forma a un obxecto a partir dun polímero líquido. O polímero só se endurece no punto onde se enfoca o raio láser.
Imaxe: nanolitografía XNUMXD
A diferenza das técnicas de litografía estándar, que se usan para crear procesadores e traballar con capas finas de materiais, a polimerización de dous fotóns permite a creación de estruturas tridimensionais complexas. Por exemplo, así:
A seguinte sala do laboratorio úsase para experimentos ópticos.
Hai unha gran mesa óptica de case dez metros de lonxitude, chea de numerosas instalacións. Os elementos principais de cada instalación son as fontes de radiación (láseres e lámpadas), espectrómetros e microscopios. Un dos microscopios ten tres canles ópticos á vez: superior, lateral e inferior.
Pódese usar para medir non só os espectros de transmisión e reflexión, senón tamén a dispersión. Estes últimos proporcionan información moi rica sobre os nanoobxectos, por exemplo, as características espectrais e os patróns de radiación das nanoantenas.
Na foto: o efecto da dispersión da luz nas partículas de silicio
Todos os equipos están situados sobre unha mesa cun único sistema de supresión de vibracións. A radiación de calquera láser pódese enviar a calquera dos sistemas ópticos e microscopios usando só uns poucos espellos e pódese continuar a investigación.
Un láser de gas de onda continua cun espectro moi estreito permite realizar experimentos . O raio láser céntrase na superficie da mostra e o espectro da luz dispersa rexístrase mediante un espectrómetro.
Nos espectros obsérvanse liñas estreitas correspondentes á dispersión da luz inelástica (cun cambio na lonxitude de onda). Estes picos proporcionan información sobre a estrutura cristalina da mostra, e ás veces mesmo sobre a configuración de moléculas individuais.
Tamén hai un láser de femtosegundo instalado na sala. É capaz de xerar pulsos de radiación láser moi curtos (100 femtosegundos - unha dez billóns de segundo) cunha potencia enorme. Como resultado, temos a oportunidade de estudar efectos ópticos non lineais: xeración de frecuencias dobradas e outros fenómenos fundamentais inalcanzables en condicións naturais.
O noso criostato tamén está situado no laboratorio. Permite medicións ópticas co mesmo conxunto de fontes, pero a baixas temperaturas - ata sete Kelvin, o que é aproximadamente igual a -266 °C.
En tales condicións, pódense observar unha serie de fenómenos únicos, en particular, o réxime de forte acoplamento entre a luz e a materia, cando un fotón e un excitón (par electrón-burato) forman unha única partícula - un excitón-polarión. Os polaritóns son moi prometedores nos campos da computación cuántica e dos dispositivos con fortes efectos non lineais.
Na foto: microscopio de sonda INTEGRA
Na última sala do laboratorio colocamos os nosos instrumentos de diagnóstico - и . O primeiro permite obter unha imaxe da superficie dun obxecto con alta resolución espacial e estudar a composición, estrutura e outras propiedades das capas superficiais de cada material. Para iso, escaneas cun feixe de electróns enfocado acelerado por alta tensión.
Un microscopio con sonda de varrido fai o mesmo empregando unha sonda que explora a superficie da mostra. Neste caso, é posible obter información simultaneamente sobre a "paisaxe" da superficie da mostra e sobre as súas propiedades locais, por exemplo, potencial eléctrico e magnetización.
Na foto: microscopio electrónico de barrido S50 EDAX
Estes instrumentos axúdannos a caracterizar mostras para posteriores estudos ópticos.
Proxectos e plans
Un dos principais proxectos do laboratorio está relacionado co estados híbridos da luz e da materia en materiais cuánticos -exciton-polaritóns xa mencionados anteriormente. A este tema dedícase unha mega subvención do Ministerio de Educación e Ciencia da Federación Rusa. O proxecto está dirixido polo científico líder da Universidade de Sheffield, Maurice Shkolnik. O traballo experimental sobre o proxecto corre a cargo de Anton Samusev, e a parte teórica está dirixida polo profesor da Facultade de Física e Tecnoloxía Ivan Shelykh.
O persoal do laboratorio tamén está a estudar formas de transmitir información mediante solitóns. Os solitóns son ondas que non se ven afectadas pola dispersión. Grazas a isto, os sinais transmitidos mediante solitóns non se "estanguen" a medida que se propagan, o que permite aumentar tanto a velocidade como o alcance da transmisión.
A principios de 2018, científicos da nosa Universidade e compañeiros da universidade de Vladimir modelo dun láser de terahercios de estado sólido. A peculiaridade do desenvolvemento é que a radiación de terahercios non é "retrasada" por obxectos feitos de madeira, plástico e cerámica. Grazas a esta propiedade, o láser empregarase nas áreas de inspección de pasaxeiros e equipaxes para buscar rapidamente obxectos metálicos. Outra área de aplicación é a restauración de obxectos de arte antigos. O sistema óptico axudará a obter imaxes ocultas baixo capas de pintura ou cerámica.
Os nosos plans son equipar o laboratorio con novos equipos para realizar investigacións aínda máis complexas. Por exemplo, compre un láser de femtosegundo sintonizable, que ampliará significativamente a gama de materiais que se estudan. Isto axudará coas tarefas relacionadas con chips cuánticos para sistemas informáticos de próxima generación.
Como funciona e vive a ITMO University:
Fonte: www.habr.com