以前に私たちの и 。 今日は ITMO 大学物理工学部の光学研究室をご覧いただけます。
写真: XNUMXD ナノリソグラフ
低次元量子材料研究室は、ナノフォトニクス・メタマテリアル研究拠点（) ベース上 .
従業員は熱心です プロパティ ：プラズモン、励起子、ポラリトン。 これらの研究により、本格的な光コンピュータや量子コンピュータの実現が可能になります。 研究室は、サンプルの準備、作製、特性評価、光学研究など、低次元量子材料の作業のすべての段階をカバーするいくつかの作業エリアに分かれています。
最初のゾーンにはサンプル調製に必要なものがすべて装備されています .
超音波洗浄機を設置して洗浄し、アルコール作業を安全に行うため強力排気フードを設置しています。 一部の研究資料は、フィンランド、シンガポール、デンマークのパートナー研究所から提供されています。
サンプルを滅菌するために、BINDER FD Classic.Line 乾燥キャビネットが室内に設置されています。 内部の発熱体は 10 ～ 300°C の温度を維持します。 実験中の継続的な温度モニタリングのための USB インターフェースを備えています。
研究所のスタッフもこのチャンバーを使用して、サンプルのストレステストや老化テストを実施します。 このような実験は、標準および極端な特定の条件下で材料やデバイスがどのように動作するかを理解するために必要です。
隣の部屋には三次元ナノリソグラフが設置されています。 数百ナノメートルサイズの三次元構造の作製が可能になります。
その動作原理は二光子重合現象に基づいています。 本質的には、レーザーを使用して液体ポリマーからオブジェクトを成形する 3D プリンターです。 ポリマーはレーザービームが焦点を合わせた点でのみ硬化します。
写真: XNUMXD ナノリソグラフ
プロセッサーの作成や材料の薄層の操作に使用される標準的なリソグラフィー技術とは異なり、XNUMX 光子重合では複雑な XNUMX 次元構造の作成が可能です。 たとえば、次のようになります。
研究室の隣の部屋は光学実験に使用されます。
長さ約 XNUMX メートルの大きな光学テーブルがあり、数多くのインスタレーションが設置されています。 各設備の主な要素は、放射線源 (レーザーとランプ)、分光計、顕微鏡です。 顕微鏡の XNUMX つは、上部、側面、下部の XNUMX つの光学チャネルを同時に備えています。
透過スペクトルや反射スペクトルだけでなく、散乱スペクトルの測定にも使用できます。 後者は、ナノアンテナのスペクトル特性や放射パターンなど、ナノ物体に関する非常に豊富な情報を提供します。
写真内: シリコン粒子に対する光散乱の影響
すべての機器は、単一の振動抑制システムを備えたテーブル上に配置されています。 わずか数枚のミラーを使用して、任意のレーザーの放射を任意の光学システムや顕微鏡に送ることができ、研究を継続できます。
非常に狭いスペクトルを備えた連続発振ガスレーザーにより、次のような実験を行うことができます。 。 レーザービームはサンプルの表面に焦点を合わせ、散乱光のスペクトルが分光計によって記録されます。
非弾性光散乱 (波長の変化による) に対応する細い線がスペクトルに観察されます。 これらのピークは、サンプルの結晶構造に関する情報を提供し、場合によっては個々の分子の構成に関する情報も提供します。
室内にはフェムト秒レーザーも設置されております。 非常に短い (100 フェムト秒 - XNUMX 兆分の XNUMX 秒) パルスのレーザー放射を膨大な出力で生成することができます。 その結果、私たちは非線形光学効果、つまりXNUMX倍の周波数の生成や自然条件下では達成できないその他の基本的な現象を研究する機会を得ます。
私たちのクライオスタットも研究室にあります。 同じ光源セットを使用して、低温 (-266°C にほぼ等しい最大 XNUMX ケルビン) での光学測定が可能です。
このような条件下では、多くの独特な現象、特に光子と励起子（電子と正孔のペア）が単一の粒子、つまり励起子ポラリトンを形成するときの、光と物質の間の強い結合の領域が観察されます。 ポラリトンは、量子コンピューティングや強力な非線形効果を伴うデバイスの分野で大きな期待を集めています。
写真内：INTEGRAプローブ顕微鏡
研究室の最後の部屋に診断機器を置きました - и 。 XNUMX つ目では、物体の表面の画像を高い空間解像度で取得し、各材料の表面層の組成、構造、その他の特性を調べることができます。 これを行うために、高電圧で加速された集束電子ビームでそれらをスキャンします。
走査型プローブ顕微鏡は、サンプルの表面を走査するプローブを使用して同じことを行います。 この場合、試料表面の「風景」と、電位や磁化などの局所的特性に関する情報を同時に取得することが可能です。
写真: 走査型電子顕微鏡 S50 EDAX
これらの機器は、さらなる光学研究のためにサンプルの特性を評価するのに役立ちます。
プロジェクトと計画
研究室の主なプロジェクトの XNUMX つは、 量子材料における光と物質のハイブリッド状態、つまりすでに上で述べた励起子-ポラリトン。 ロシア連邦教育科学省からの巨額の助成金がこのテーマに充てられています。 このプロジェクトは、シェフィールド大学の第一人者科学者であるモーリス・シュコルニク氏によって率いられています。 このプロジェクトの実験作業はアントン・サムセフが担当し、理論部分は物理工学部のイワン・シェリク教授が主導します。
研究室スタッフはソリトンを利用した情報伝達方法も研究している。 ソリトンは分散の影響を受けない波です。 このおかげで、ソリトンを使用して送信される信号は伝播中に「広がらない」ため、送信の速度と範囲の両方を向上させることができます。
2018年の初めに、私たちの大学の科学者とウラジミール大学の同僚が 固体テラヘルツレーザーのモデル。 この開発の特徴は、テラヘルツ放射が木、プラスチック、セラミックで作られた物体によって「遅延」されないことです。 この特性のおかげで、レーザーは乗客および手荷物検査エリアで金属物体を迅速に検索するために使用されます。 適用可能なもう XNUMX つの分野は、古代美術品の修復です。 光学システムは、塗料やセラミックの層の下に隠れた画像を取得するのに役立ちます。
私たちの計画は、さらに複雑な研究を行うために研究室に新しい機器を導入することです。 たとえば、調整可能なフェムト秒レーザーを購入すると、研究対象の材料の範囲が大幅に広がります。 これは、以下に関連するタスクに役立ちます。 次世代コンピューティング システム用の量子チップ。
ITMO 大学の仕組みと生活:
出所： habr.com