In precedenza abbiamo mostrato il nostro и . Oggi puoi guardare il laboratorio ottico della Facoltà di Fisica e Tecnologia dell'Università ITMO.
Nella foto: nanolitografia XNUMXD
Il Laboratorio di Materiali Quantistici a Bassa Dimensione appartiene al Centro di Ricerca per la Nanofotonica e i Metamateriali () sulla base .
I suoi dipendenti sono impegnati proprietà : plasmoni, eccitoni e polaritoni. Questi studi renderanno possibile la creazione di computer ottici e quantistici a tutti gli effetti. Il laboratorio è suddiviso in diverse aree di lavoro che coprono tutte le fasi del lavoro con materiali quantistici a bassa dimensionalità: preparazione dei campioni, loro fabbricazione, caratterizzazione e studi ottici.
La prima zona è dotata di tutto il necessario per la preparazione del campione .
Per pulirli, è installato un pulitore ad ultrasuoni e, per garantire un lavoro sicuro con gli alcoli, qui è dotata di una potente cappa di aspirazione. Alcuni materiali di ricerca ci vengono forniti da laboratori partner in Finlandia, Singapore e Danimarca.
Per sterilizzare i campioni, nella stanza è installato un armadio di asciugatura BINDER FD Classic.Line. Gli elementi riscaldanti al suo interno mantengono temperature da 10 a 300°C. Dispone di un'interfaccia USB per il monitoraggio continuo della temperatura durante l'esperimento.
Il personale di laboratorio utilizza questa camera anche per condurre prove di stress e test di invecchiamento sui campioni. Tali esperimenti sono necessari per comprendere come si comportano i materiali e i dispositivi in determinate condizioni: standard ed estreme.
Nella stanza accanto è installata una nanolitografia tridimensionale. Consente la fabbricazione di strutture tridimensionali di diverse centinaia di nanometri.
Il principio del suo funzionamento si basa sul fenomeno della polimerizzazione a due fotoni. Essenzialmente, è una stampante 3D che utilizza i laser per modellare un oggetto da un polimero liquido. Il polimero indurisce solo nel punto in cui viene focalizzato il raggio laser.
Nella foto: nanolitografia XNUMXD
A differenza delle tecniche litografiche standard, utilizzate per creare processori e lavorare con strati sottili di materiali, la polimerizzazione a due fotoni consente la creazione di strutture tridimensionali complesse. Ad esempio, in questo modo:
La stanza successiva del laboratorio viene utilizzata per esperimenti ottici.
C'è un grande tavolo ottico lungo quasi dieci metri, riempito da numerose installazioni. Gli elementi principali di ogni installazione sono sorgenti di radiazioni (laser e lampade), spettrometri e microscopi. Uno dei microscopi ha tre canali ottici contemporaneamente: superiore, laterale e inferiore.
Può essere utilizzato per misurare non solo gli spettri di trasmissione e riflessione, ma anche la diffusione. Questi ultimi forniscono informazioni molto ricche sui nanooggetti, ad esempio le caratteristiche spettrali e i modelli di radiazione delle nanoantenne.
Nella foto: l'effetto della diffusione della luce sulle particelle di silicio
Tutta l'attrezzatura è posizionata su un tavolo con un unico sistema di soppressione delle vibrazioni. La radiazione di qualsiasi laser può essere inviata a qualsiasi sistema ottico e microscopio utilizzando solo pochi specchi e la ricerca può essere continuata.
Un laser a gas a onda continua con uno spettro molto stretto consente di condurre esperimenti . Il raggio laser viene focalizzato sulla superficie del campione e lo spettro della luce diffusa viene registrato da uno spettrometro.
Negli spettri si osservano linee strette corrispondenti alla diffusione anelastica della luce (con una variazione della lunghezza d'onda). Questi picchi forniscono informazioni sulla struttura cristallina del campione e talvolta anche sulla configurazione delle singole molecole.
C'è anche un laser a femtosecondi installato nella stanza. È in grado di generare impulsi di radiazione laser molto brevi (100 femtosecondi - un decimiliardesimo di secondo) con un'enorme potenza. Di conseguenza, abbiamo l'opportunità di studiare effetti ottici non lineari: generazione di frequenze raddoppiate e altri fenomeni fondamentali irraggiungibili in condizioni naturali.
Anche il nostro criostato si trova nel laboratorio. Consente misurazioni ottiche con lo stesso set di sorgenti, ma a basse temperature - fino a sette Kelvin, che equivalgono a circa -266°C.
In tali condizioni, si possono osservare una serie di fenomeni unici, in particolare, il regime di forte accoppiamento tra luce e materia, quando un fotone e un eccitone (coppia elettrone-lacuna) formano un'unica particella: un eccitone-polaritone. I polaritoni sono molto promettenti nei campi dell’informatica quantistica e dei dispositivi con forti effetti non lineari.
Nella foto: microscopio a sonda INTEGRA
Nell'ultima stanza del laboratorio abbiamo sistemato i nostri strumenti diagnostici - и . Il primo consente di ottenere un'immagine della superficie di un oggetto con elevata risoluzione spaziale e studiare la composizione, la struttura e altre proprietà degli strati superficiali di ciascun materiale. Per fare ciò, li scansiona con un fascio focalizzato di elettroni accelerati dall'alta tensione.
Un microscopio a sonda a scansione fa la stessa cosa utilizzando una sonda che scansiona la superficie del campione. In questo caso è possibile ottenere contemporaneamente informazioni sul “paesaggio” della superficie del campione e sulle sue proprietà locali, ad esempio potenziale elettrico e magnetizzazione.
Nella foto: microscopio elettronico a scansione S50 EDAX
Questi strumenti ci aiutano a caratterizzare i campioni per ulteriori studi ottici.
Progetti e piani
Uno dei principali progetti del laboratorio è legato a stati ibridi di luce e materia nei materiali quantistici: eccitoni-polaritoni già menzionati sopra. A questo argomento è dedicata una mega sovvenzione del Ministero dell'Istruzione e della Scienza della Federazione Russa. Il progetto è guidato dall'eminente scienziato dell'Università di Sheffield, Maurice Shkolnik. Il lavoro sperimentale sul progetto è svolto da Anton Samusev e la parte teorica è guidata dal professore della Facoltà di Fisica e Tecnologia Ivan Shelykh.
Il personale di laboratorio sta anche studiando modi per trasmettere informazioni utilizzando i solitoni. I solitoni sono onde che non sono influenzate dalla dispersione. Grazie a ciò, i segnali trasmessi utilizzando i solitoni non si “diffondono” durante la propagazione, il che consente di aumentare sia la velocità che la portata di trasmissione.
All'inizio del 2018, scienziati della nostra Università e colleghi dell'Università di Vladimir modello di un laser terahertz a stato solido. La particolarità dello sviluppo è che la radiazione terahertz non viene “ritardata” da oggetti in legno, plastica e ceramica. Grazie a questa proprietà, il laser verrà utilizzato nelle aree di ispezione passeggeri e bagagli per la ricerca rapida di oggetti metallici. Altro ambito di applicabilità è il restauro di oggetti d'arte antichi. Il sistema ottico aiuterà a ottenere immagini nascoste sotto strati di vernice o ceramica.
I nostri piani sono di dotare il laboratorio di nuove attrezzature per condurre ricerche ancora più complesse. Ad esempio, acquista un laser a femtosecondi sintonizzabile, che amplierà significativamente la gamma di materiali studiati. Ciò aiuterà con le attività relative a chip quantistici per i sistemi informatici di prossima generazione.
Come funziona e vive l'Università ITMO:
Fonte: habr.com