फोटो टूर: आईटीएमओ विश्वविद्यालय में क्वांटम सामग्री की प्रयोगशाला में वे क्या करते हैं

पहले हमने अपना दिखाया था fablab и साइबरफिजिकल सिस्टम की प्रयोगशाला. आज आप ITMO विश्वविद्यालय के भौतिकी और प्रौद्योगिकी संकाय की ऑप्टिकल प्रयोगशाला को देख सकते हैं।

चित्रित: XNUMXडी नैनोलिथोग्राफ़

निम्न-आयामी क्वांटम सामग्री की प्रयोगशाला नैनोफोटोनिक्स और मेटामटेरियल्स के अनुसंधान केंद्र से संबंधित है (मेटालैब) आधार पर भौतिकी और प्रौद्योगिकी संकाय.

इसके कर्मचारी लगे हुए हैं पढ़ना गुण क्वासिपार्टिकल्स: प्लास्मोंस, एक्साइटॉन और पोलारिटोन। इन अध्ययनों से पूर्ण विकसित ऑप्टिकल और क्वांटम कंप्यूटर बनाना संभव हो जाएगा। प्रयोगशाला को कई कार्य क्षेत्रों में विभाजित किया गया है, जिसमें निम्न-आयामी क्वांटम सामग्रियों के साथ काम के सभी चरणों को शामिल किया गया है: नमूना तैयार करना, उनका निर्माण, लक्षण वर्णन और ऑप्टिकल अध्ययन।

पहला ज़ोन नमूना तैयार करने के लिए आवश्यक सभी चीज़ों से सुसज्जित है metamaterials.

उन्हें साफ करने के लिए, एक अल्ट्रासोनिक क्लीनर स्थापित किया गया है, और अल्कोहल के साथ सुरक्षित काम सुनिश्चित करने के लिए, एक शक्तिशाली निकास हुड यहां सुसज्जित है। कुछ शोध सामग्री हमें फ़िनलैंड, सिंगापुर और डेनमार्क में भागीदार प्रयोगशालाओं द्वारा आपूर्ति की जाती है।

नमूनों को स्टरलाइज़ करने के लिए, कमरे में एक बाइंडर एफडी क्लासिक.लाइन सुखाने वाली कैबिनेट स्थापित की गई है। इसके अंदर हीटिंग तत्व 10 से 300 डिग्री सेल्सियस तक तापमान बनाए रखते हैं। प्रयोग के दौरान निरंतर तापमान की निगरानी के लिए इसमें एक यूएसबी इंटरफ़ेस है।

प्रयोगशाला कर्मचारी इस कक्ष का उपयोग नमूनों पर तनाव परीक्षण और उम्र बढ़ने के परीक्षण करने के लिए भी करते हैं। ऐसे प्रयोग यह समझने के लिए आवश्यक हैं कि सामग्री और उपकरण कुछ शर्तों के तहत कैसे व्यवहार करते हैं: मानक और चरम।

अगले कमरे में एक त्रि-आयामी नैनोलिथोग्राफ स्थापित किया गया है। यह कई सौ नैनोमीटर आकार की त्रि-आयामी संरचनाओं के निर्माण की अनुमति देता है।

इसके संचालन का सिद्धांत दो-फोटॉन पोलीमराइजेशन की घटना पर आधारित है। मूलतः, यह एक 3डी प्रिंटर है जो तरल पॉलिमर से किसी वस्तु को आकार देने के लिए लेजर का उपयोग करता है। पॉलिमर केवल उस बिंदु पर कठोर होता है जहां लेजर बीम केंद्रित होता है।

चित्रित: XNUMXडी नैनोलिथोग्राफ़

मानक लिथोग्राफी तकनीकों के विपरीत, जिनका उपयोग प्रोसेसर बनाने और सामग्री की पतली परतों के साथ काम करने के लिए किया जाता है, दो-फोटॉन पोलीमराइजेशन जटिल त्रि-आयामी संरचनाओं के निर्माण की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, इस तरह:

प्रयोगशाला के अगले कमरे का उपयोग ऑप्टिकल प्रयोगों के लिए किया जाता है।

वहाँ लगभग दस मीटर लंबी एक बड़ी ऑप्टिकल टेबल है, जो कई इंस्टॉलेशन से भरी हुई है। प्रत्येक स्थापना के मुख्य तत्व विकिरण स्रोत (लेजर और लैंप), स्पेक्ट्रोमीटर और माइक्रोस्कोप हैं। सूक्ष्मदर्शी में से एक में एक साथ तीन ऑप्टिकल चैनल होते हैं - ऊपरी, पार्श्व और निचला।

इसका उपयोग न केवल संचरण और प्रतिबिंब स्पेक्ट्रा को मापने के लिए किया जा सकता है, बल्कि प्रकीर्णन को भी मापने के लिए किया जा सकता है। उत्तरार्द्ध नैनोऑब्जेक्ट्स के बारे में बहुत समृद्ध जानकारी प्रदान करते हैं, उदाहरण के लिए, नैनोएन्टेना की वर्णक्रमीय विशेषताएं और विकिरण पैटर्न।

फोटो में: सिलिकॉन कणों पर प्रकाश प्रकीर्णन का प्रभाव

सभी उपकरण एकल कंपन दमन प्रणाली के साथ एक मेज पर स्थित हैं। किसी भी लेजर के विकिरण को केवल कुछ दर्पणों का उपयोग करके किसी भी ऑप्टिकल सिस्टम और माइक्रोस्कोप में भेजा जा सकता है और अनुसंधान जारी रखा जा सकता है।

एक बहुत ही संकीर्ण स्पेक्ट्रम वाला निरंतर-तरंग गैस लेजर प्रयोग करना संभव बनाता है रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी. लेज़र किरण को नमूने की सतह पर केंद्रित किया जाता है, और बिखरे हुए प्रकाश के स्पेक्ट्रम को स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा रिकॉर्ड किया जाता है।

स्पेक्ट्रा में अकुशल प्रकाश प्रकीर्णन (तरंग दैर्ध्य में परिवर्तन के साथ) के अनुरूप संकीर्ण रेखाएँ देखी जाती हैं। ये शिखर नमूने की क्रिस्टल संरचना और कभी-कभी व्यक्तिगत अणुओं के विन्यास के बारे में भी जानकारी प्रदान करते हैं।

कमरे में फेमटोसेकंड लेजर भी लगा हुआ है. यह अत्यधिक शक्ति के साथ लेजर विकिरण के बहुत कम (100 फेमटोसेकंड - एक सेकंड का दस-खरबवां) स्पंदन उत्पन्न करने में सक्षम है। परिणामस्वरूप, हमें गैर-रेखीय ऑप्टिकल प्रभावों का अध्ययन करने का अवसर मिलता है: दोगुनी आवृत्तियों की उत्पत्ति और प्राकृतिक परिस्थितियों में अप्राप्य अन्य मूलभूत घटनाएं।

हमारा क्रायोस्टेट भी प्रयोगशाला में स्थित है। यह स्रोतों के समान सेट के साथ ऑप्टिकल माप की अनुमति देता है, लेकिन कम तापमान पर - सात केल्विन तक, जो लगभग -266 डिग्री सेल्सियस के बराबर है।

ऐसी परिस्थितियों में, कई अनूठी घटनाएं देखी जा सकती हैं, विशेष रूप से, प्रकाश और पदार्थ के बीच मजबूत युग्मन का शासन, जब एक फोटॉन और एक एक्सिटॉन (इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी) एक एकल कण बनाते हैं - एक एक्सिटॉन-पोलरिटोन। पोलारिटोन क्वांटम कंप्यूटिंग और मजबूत नॉनलाइनियर प्रभाव वाले उपकरणों के क्षेत्र में बड़ी संभावनाएं रखते हैं।

फोटो में: इंटेग्रा जांच माइक्रोस्कोप

प्रयोगशाला के आखिरी कमरे में हमने अपने निदान उपकरण रखे - स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप и स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप. पहला आपको उच्च स्थानिक रिज़ॉल्यूशन के साथ किसी वस्तु की सतह की एक छवि प्राप्त करने और प्रत्येक सामग्री की सतह परतों की संरचना, संरचना और अन्य गुणों का अध्ययन करने की अनुमति देता है। ऐसा करने के लिए, वह उन्हें उच्च वोल्टेज द्वारा त्वरित इलेक्ट्रॉनों की एक केंद्रित किरण के साथ स्कैन करता है।

एक स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप एक जांच का उपयोग करके वही काम करता है जो नमूने की सतह को स्कैन करता है। इस मामले में, नमूना सतह के "परिदृश्य" और इसके स्थानीय गुणों, उदाहरण के लिए, विद्युत क्षमता और चुंबकीयकरण के बारे में एक साथ जानकारी प्राप्त करना संभव है।

चित्र: स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप S50 EDAX

ये उपकरण हमें आगे के ऑप्टिकल अध्ययन के लिए नमूनों को चिह्नित करने में मदद करते हैं।

परियोजनाएँ और योजनाएँ

प्रयोगशाला की एक मुख्य परियोजना किससे संबंधित है? पढ़ना क्वांटम सामग्रियों में प्रकाश और पदार्थ की संकर अवस्थाएँ - एक्सिटॉन-पोलारिटोन पहले ही ऊपर उल्लिखित हैं। रूसी संघ के शिक्षा और विज्ञान मंत्रालय का एक मेगा-अनुदान इस विषय के लिए समर्पित है। इस परियोजना का नेतृत्व शेफ़ील्ड विश्वविद्यालय के प्रमुख वैज्ञानिक मौरिस शकोलनिक ने किया है। परियोजना पर प्रायोगिक कार्य एंटोन सैमुसेव द्वारा किया जाता है, और सैद्धांतिक भाग का नेतृत्व भौतिकी और प्रौद्योगिकी संकाय के प्रोफेसर इवान शेलीख द्वारा किया जाता है।

प्रयोगशाला कर्मचारी सॉलिटॉन का उपयोग करके सूचना प्रसारित करने के तरीकों का भी अध्ययन कर रहे हैं। सॉलिटॉन वे तरंगें हैं जो फैलाव से प्रभावित नहीं होती हैं। इसके लिए धन्यवाद, सॉलिटॉन का उपयोग करके प्रेषित सिग्नल फैलते समय "फैलते" नहीं हैं, जिससे ट्रांसमिशन की गति और सीमा दोनों को बढ़ाना संभव हो जाता है।

2018 की शुरुआत में, हमारे विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक और व्लादिमीर विश्वविद्यालय के सहकर्मी प्रस्तुत सॉलिड-स्टेट टेराहर्ट्ज़ लेजर का मॉडल। विकास की ख़ासियत यह है कि टेराहर्ट्ज़ विकिरण लकड़ी, प्लास्टिक और सिरेमिक से बनी वस्तुओं द्वारा "विलंबित" नहीं होता है। इस संपत्ति के लिए धन्यवाद, लेजर का उपयोग यात्री और सामान निरीक्षण क्षेत्रों में धातु की वस्तुओं की त्वरित खोज के लिए किया जाएगा। प्रयोज्यता का एक अन्य क्षेत्र प्राचीन कला वस्तुओं की बहाली है। ऑप्टिकल सिस्टम पेंट या सिरेमिक की परतों के नीचे छिपी छवियों को प्राप्त करने में मदद करेगा।

हमारी योजना और भी अधिक जटिल अनुसंधान करने के लिए प्रयोगशाला को नए उपकरणों से सुसज्जित करने की है। उदाहरण के लिए, एक ट्यून करने योग्य फेमटोसेकंड लेजर खरीदें, जो अध्ययन की जा रही सामग्रियों की सीमा का महत्वपूर्ण रूप से विस्तार करेगा। इससे संबंधित कार्यों में मदद मिलेगी का विकास अगली पीढ़ी के कंप्यूटिंग सिस्टम के लिए क्वांटम चिप्स।

ITMO यूनिवर्सिटी कैसे काम करती है और कैसे रहती है:

• आईटीएमओ यूनिवर्सिटी टीएल;डीआर डाइजेस्ट: गैर-शास्त्रीय प्रवेश और दिलचस्प सामग्री
• क्वांटम संचार - अनहैकेबल डेटा ट्रांसमिशन सिस्टम की एक परियोजना
• एक स्मार्ट स्टेथोस्कोप आईटीएमओ विश्वविद्यालय त्वरक से एक स्टार्टअप प्रोजेक्ट है

स्रोत: www.habr.com