Sebelumnya kami menunjukkan milik kami и . Hari ini Anda dapat melihat laboratorium optik Fakultas Fisika dan Teknologi Universitas ITMO.
Foto: nanolitograf XNUMXD
Laboratorium Material Kuantum Dimensi Rendah milik Pusat Penelitian Nanofotonik dan Metamaterial () di pangkalan .
Karyawannya terlibat properti : plasmon, eksiton, dan polariton. Studi-studi ini akan memungkinkan terciptanya komputer optik dan kuantum yang lengkap. Laboratorium ini dibagi menjadi beberapa area kerja yang mencakup semua tahapan pekerjaan dengan material kuantum berdimensi rendah: persiapan sampel, fabrikasi, karakterisasi, dan studi optik.
Zona pertama dilengkapi dengan semua yang diperlukan untuk persiapan sampel .
Pembersih ultrasonik dipasang untuk membersihkannya, dan untuk memastikan pekerjaan yang aman dengan alkohol, kap knalpot yang kuat dilengkapi di sini. Beberapa bahan penelitian dipasok kepada kami oleh laboratorium mitra di Finlandia, Singapura, dan Denmark.
Untuk mensterilkan sampel, dipasang lemari pengering BINDER FD Classic.Line di dalam ruangan. Elemen pemanas di dalamnya mempertahankan suhu dari 10 hingga 300°C. Ini memiliki antarmuka USB untuk pemantauan suhu terus menerus selama percobaan.
Staf laboratorium juga menggunakan ruangan ini untuk melakukan uji stres dan uji penuaan pada sampel. Eksperimen semacam itu diperlukan untuk memahami bagaimana bahan dan perangkat berperilaku dalam kondisi tertentu: standar dan ekstrem.
Nanolithograph tiga dimensi dipasang di ruangan sebelah. Hal ini memungkinkan pembuatan struktur tiga dimensi berukuran beberapa ratus nanometer.
Prinsip operasinya didasarkan pada fenomena polimerisasi dua foton. Pada dasarnya, ini adalah printer 3D yang menggunakan laser untuk membentuk objek dari polimer cair. Polimer hanya mengeras pada titik fokus sinar laser.
Foto: nanolitograf XNUMXD
Berbeda dengan teknik litografi standar, yang digunakan untuk membuat prosesor dan bekerja dengan bahan lapisan tipis, polimerisasi dua foton memungkinkan terciptanya struktur tiga dimensi yang kompleks. Misalnya seperti ini:
Ruang laboratorium berikutnya digunakan untuk eksperimen optik.
Ada meja optik besar yang panjangnya hampir sepuluh meter, berisi berbagai instalasi. Elemen utama dari setiap instalasi adalah sumber radiasi (laser dan lampu), spektrometer dan mikroskop. Salah satu mikroskop memiliki tiga saluran optik sekaligus - atas, samping dan bawah.
Ini dapat digunakan untuk mengukur tidak hanya spektrum transmisi dan refleksi, tetapi juga hamburan. Yang terakhir memberikan informasi yang sangat kaya tentang objek nano, misalnya karakteristik spektral dan pola radiasi antena nano.
Dalam foto: efek hamburan cahaya pada partikel silikon
Semua peralatan terletak di atas meja dengan sistem peredam getaran tunggal. Radiasi laser apa pun dapat dikirim ke sistem optik dan mikroskop mana pun hanya dengan menggunakan beberapa cermin dan penelitian dapat dilanjutkan.
Laser gas gelombang kontinu dengan spektrum yang sangat sempit memungkinkan dilakukannya eksperimen . Sinar laser difokuskan pada permukaan sampel, dan spektrum cahaya yang tersebar dicatat oleh spektrometer.
Garis-garis sempit yang berhubungan dengan hamburan cahaya inelastis (dengan perubahan panjang gelombang) diamati dalam spektrum. Puncak-puncak ini memberikan informasi tentang struktur kristal sampel, dan terkadang bahkan tentang konfigurasi molekul individu.
Ada juga laser femtosecond yang dipasang di dalam ruangan. Ia mampu menghasilkan pulsa radiasi laser yang sangat singkat (100 femtodetik - sepersepuluh triliun detik) dengan kekuatan yang sangat besar. Hasilnya, kami mendapat kesempatan untuk mempelajari efek optik nonlinier: pembangkitan frekuensi dua kali lipat dan fenomena mendasar lainnya yang tidak dapat dicapai dalam kondisi alami.
Cryostat kami juga terletak di laboratorium. Hal ini memungkinkan pengukuran optik dengan kumpulan sumber yang sama, tetapi pada suhu rendah - hingga tujuh Kelvin, yang kira-kira sama dengan -266°C.
Dalam kondisi seperti itu, sejumlah fenomena unik dapat diamati, khususnya, rezim ikatan kuat antara cahaya dan materi, ketika foton dan eksiton (pasangan lubang elektron) membentuk satu partikel - eksiton-polariton. Polariton sangat menjanjikan di bidang komputasi kuantum dan perangkat dengan efek nonlinier yang kuat.
Dalam foto: mikroskop probe INTEGRA
Di ruang terakhir laboratorium kami menempatkan instrumen diagnostik kami - и . Yang pertama memungkinkan Anda memperoleh gambar permukaan suatu objek dengan resolusi spasial tinggi dan mempelajari komposisi, struktur, dan sifat lain dari lapisan permukaan setiap material. Untuk melakukan ini, ia memindainya dengan berkas elektron terfokus yang dipercepat oleh tegangan tinggi.
Mikroskop probe pemindai melakukan hal yang sama dengan menggunakan probe yang memindai permukaan sampel. Dalam hal ini, dimungkinkan untuk memperoleh informasi secara bersamaan tentang “lanskap” permukaan sampel dan sifat lokalnya, misalnya potensial listrik dan magnetisasi.
Foto: pemindaian mikroskop elektron S50 EDAX
Instrumen ini membantu kami mengkarakterisasi sampel untuk studi optik lebih lanjut.
Proyek dan rencana
Salah satu proyek utama laboratorium terkait dengan keadaan hibrid cahaya dan materi dalam material kuantum—polarisasi-eksiton telah disebutkan di atas. Hibah besar dari Kementerian Pendidikan dan Ilmu Pengetahuan Federasi Rusia dikhususkan untuk topik ini. Proyek ini dipimpin oleh ilmuwan terkemuka dari Universitas Sheffield, Maurice Shkolnik. Pekerjaan eksperimental pada proyek ini dilakukan oleh Anton Samusev, dan bagian teoritis dipimpin oleh Profesor Fakultas Fisika dan Teknologi Ivan Shelykh.
Staf laboratorium juga mempelajari cara mengirimkan informasi menggunakan soliton. Soliton adalah gelombang yang tidak terpengaruh oleh dispersi. Berkat ini, sinyal yang ditransmisikan menggunakan soliton tidak “menyebar” saat merambat, sehingga memungkinkan untuk meningkatkan kecepatan dan jangkauan transmisi.
Pada awal tahun 2018, para ilmuwan dari Universitas kami dan rekan-rekan dari universitas di Vladimir model laser terahertz solid-state. Keunikan perkembangannya adalah radiasi terahertz tidak “tertunda” oleh benda yang terbuat dari kayu, plastik, dan keramik. Berkat properti ini, laser akan digunakan di area pemeriksaan penumpang dan bagasi untuk mencari benda logam dengan cepat. Bidang penerapan lainnya adalah restorasi benda seni kuno. Sistem optik akan membantu memperoleh gambar yang tersembunyi di bawah lapisan cat atau keramik.
Rencana kami adalah melengkapi laboratorium dengan peralatan baru untuk melakukan penelitian yang lebih kompleks. Misalnya, belilah laser femtosecond yang dapat disetel, yang secara signifikan akan memperluas jangkauan materi yang sedang dipelajari. Ini akan membantu tugas-tugas yang berkaitan dengan chip kuantum untuk sistem komputasi generasi berikutnya.
Bagaimana Universitas ITMO bekerja dan hidup:
Sumber: www.habr.com