Prethodno smo pokazali naše и . Danas možete pogledati optički laboratorij Fizičko-tehnološkog fakulteta Sveučilišta ITMO.
Na slici: XNUMXD nanolitografija
Laboratorij niskodimenzionalnih kvantnih materijala pripada Istraživačkom centru za nanofotoniku i metamaterijale () na bazi .
Njegovi zaposlenici su angažirani Svojstva : plazmoni, ekscitoni i polaritoni. Ove studije omogućit će stvaranje punopravnih optičkih i kvantnih računala. Laboratorij je podijeljen u nekoliko radnih područja koja pokrivaju sve faze rada s niskodimenzionalnim kvantnim materijalima: pripremu uzoraka, njihovu izradu, karakterizaciju i optička istraživanja.
Prva zona opremljena je svime što je potrebno za pripremu uzoraka .
Za njihovo čišćenje ugrađen je ultrazvučni čistač, a kako bi se osigurao siguran rad s alkoholima, ovdje je opremljena snažna ispušna napa. Neke istraživačke materijale isporučuju nam partnerski laboratoriji u Finskoj, Singapuru i Danskoj.
Za sterilizaciju uzoraka u prostoriju je ugrađen ormar za sušenje BINDER FD Classic.Line. Grijaći elementi unutar njega održavaju temperaturu od 10 do 300°C. Ima USB sučelje za kontinuirano praćenje temperature tijekom eksperimenta.
Laboratorijsko osoblje također koristi ovu komoru za provođenje stres testova i testova starenja na uzorcima. Takvi eksperimenti su potrebni da bi se razumjelo kako se materijali i uređaji ponašaju u određenim uvjetima: standardnim i ekstremnim.
U susjednoj prostoriji postavljen je trodimenzionalni nanolitograf. Omogućuje izradu trodimenzionalnih struktura veličine nekoliko stotina nanometara.
Princip njegovog rada temelji se na fenomenu dvofotonske polimerizacije. U biti, to je 3D printer koji koristi lasere za oblikovanje predmeta od tekućeg polimera. Polimer se stvrdnjava samo na mjestu gdje je laserska zraka fokusirana.
Na slici: XNUMXD nanolitografija
Za razliku od standardnih tehnika litografije, koje se koriste za izradu procesora i rad s tankim slojevima materijala, dvofotonska polimerizacija omogućuje stvaranje složenih trodimenzionalnih struktura. Na primjer, ovako:
Sljedeća prostorija laboratorija služi za optičke pokuse.
Tu je veliki optički stol dug gotovo deset metara ispunjen brojnim instalacijama. Glavni elementi svake instalacije su izvori zračenja (laseri i lampe), spektrometri i mikroskopi. Jedan od mikroskopa ima tri optička kanala odjednom - gornji, bočni i donji.
Može se koristiti za mjerenje ne samo spektra transmisije i refleksije, već i za mjerenje raspršenja. Potonji pružaju vrlo bogate informacije o nanoobjektima, na primjer, spektralne karakteristike i uzorke zračenja nanoantena.
Na fotografiji: učinak raspršenja svjetlosti na česticama silicija
Sva oprema nalazi se na stolu s jednim sustavom za suzbijanje vibracija. Zračenje bilo kojeg lasera može se poslati u bilo koji od optičkih sustava i mikroskopa pomoću samo nekoliko zrcala i istraživanje se može nastaviti.
Plinski laser s kontinuiranim valovima vrlo uskog spektra omogućuje izvođenje eksperimenata . Laserska zraka se fokusira na površinu uzorka, a spektar raspršene svjetlosti snima se spektrometrom.
U spektrima se uočavaju uske linije koje odgovaraju neelastičnom raspršenju svjetlosti (s promjenom valne duljine). Ti vrhovi daju informacije o kristalnoj strukturi uzorka, a ponekad čak i o konfiguraciji pojedinačnih molekula.
U prostoriji je instaliran i femtosekundni laser. Sposoban je generirati vrlo kratke (100 femtosekundi - jedan deset trilijunti dio sekunde) impulse laserskog zračenja ogromne snage. Kao rezultat toga, dobivamo priliku proučavati nelinearne optičke efekte: generiranje udvostručenih frekvencija i druge fundamentalne fenomene nedostižne u prirodnim uvjetima.
U laboratoriju se nalazi i naš kriostat. Omogućuje optička mjerenja s istim skupom izvora, ali na niskim temperaturama - do sedam Kelvina, što je približno jednako -266°C.
U takvim uvjetima može se uočiti niz jedinstvenih pojava, posebno režim jake sprege između svjetlosti i materije, kada foton i eksciton (par elektron-rupa) tvore jednu česticu - eksciton-polariton. Polaritoni mnogo obećavaju u poljima kvantnog računalstva i uređaja sa snažnim nelinearnim učincima.
Na fotografiji: INTEGRA sondni mikroskop
U zadnjoj prostoriji laboratorija smjestili smo naše dijagnostičke instrumente - и . Prvi vam omogućuje dobivanje slike površine objekta s visokom prostornom rezolucijom i proučavanje sastava, strukture i drugih svojstava površinskih slojeva svakog materijala. Da bi to učinio, skenira ih fokusiranim snopom elektrona ubrzanih visokim naponom.
Skenirajući mikroskop sa sondom radi istu stvar koristeći sondu koja skenira površinu uzorka. U ovom slučaju, moguće je istovremeno dobiti informacije o "krajoliku" površine uzorka io njegovim lokalnim svojstvima, na primjer, električni potencijal i magnetizacija.
Na slici: skenirajući elektronski mikroskop S50 EDAX
Ovi instrumenti nam pomažu karakterizirati uzorke za daljnja optička istraživanja.
Projekti i planovi
Jedan od glavnih projekata laboratorija vezan je uz hibridna stanja svjetlosti i materije u kvantnim materijalima — već spomenuti eksciton-polaritoni. Mega-potpora Ministarstva obrazovanja i znanosti Ruske Federacije posvećena je ovoj temi. Projekt vodi vodeći znanstvenik sa Sveučilišta Sheffield, Maurice Shkolnik. Eksperimentalni rad na projektu provodi Anton Samusev, a teorijski dio vodi profesor Fizičko-tehnološkog fakulteta Ivan Shelykh.
Osoblje laboratorija također proučava načine prijenosa informacija pomoću solitona. Solitoni su valovi na koje ne utječe disperzija. Zahvaljujući tome, signali koji se prenose pomoću solitona ne "šire se" dok se šire, što omogućuje povećanje brzine i dometa prijenosa.
Početkom 2018. znanstvenici s našeg Sveučilišta i kolege sa sveučilišta u Vladimiru model čvrstog terahercnog lasera. Osobitost razvoja je u tome što teraherc zračenje ne "odgađaju" predmeti od drva, plastike i keramike. Zahvaljujući ovom svojstvu, laser će se koristiti u prostorima za pregled putnika i prtljage za brzo traženje metalnih predmeta. Drugo područje primjene je restauracija starih umjetničkih predmeta. Optički sustav pomoći će u dobivanju slika skrivenih ispod slojeva boje ili keramike.
Planovi su nam opremiti laboratorij novom opremom za provođenje još složenijih istraživanja. Na primjer, kupite podesivi femtosekundni laser, koji će značajno proširiti raspon materijala koji se proučavaju. To će pomoći u zadacima povezanim s kvantni čipovi za računalne sustave sljedeće generacije.
Kako radi i živi Sveučilište ITMO:
Izvor: www.habr.com