Бұрын біз өзімізді көрсеттік и . Бүгін сіз ITMO университетінің физика-технология факультетінің оптикалық зертханасын көре аласыз.
Суретте: XNUMXD нанолитограф
Төмен өлшемді кванттық материалдар зертханасы Нанофотоника және метаматериалдар ғылыми-зерттеу орталығына жатады () негізде .
Оның қызметкерлері айналысады қасиеттері : плазмондар, экситондар және поляриттер. Бұл зерттеулер толыққанды оптикалық және кванттық компьютерлерді жасауға мүмкіндік береді. Зертхана шағын өлшемді кванттық материалдармен жұмыстың барлық кезеңдерін қамтитын бірнеше жұмыс аймақтарына бөлінген: үлгіні дайындау, оларды жасау, сипаттау және оптикалық зерттеулер.
Бірінші аймақ үлгіні дайындауға қажеттінің бәрімен жабдықталған .
Оларды тазалау үшін ультрадыбыстық тазартқыш орнатылған, ал спирттермен қауіпсіз жұмыс істеу үшін мұнда қуатты сорғыш орнатылған. Кейбір зерттеу материалдарын Финляндия, Сингапур және Даниядағы серіктес зертханалар бізге жеткізеді.
Үлгілерді зарарсыздандыру үшін бөлмеде BINDER FD Classic.Line кептіру шкафы орнатылған. Оның ішіндегі қыздыру элементтері 10-нан 300°C-қа дейінгі температураны сақтайды. Эксперимент кезінде температураны үздіксіз бақылауға арналған USB интерфейсі бар.
Зертхана қызметкерлері бұл камераны сынамаларға стресс-тесттер мен қартаю сынақтарын жүргізу үшін де пайдаланады. Мұндай эксперименттер материалдар мен құрылғылардың белгілі бір жағдайларда қалай әрекет ететінін түсіну үшін қажет: стандартты және экстремалды.
Келесі бөлмеде үш өлшемді нанолитограф орнатылған. Ол бірнеше жүз нанометр өлшемді үш өлшемді құрылымдарды жасауға мүмкіндік береді.
Оның жұмыс істеу принципі екі фотонды полимерлену құбылысына негізделген. Негізінде бұл сұйық полимерден нысанды пішіндеу үшін лазерлерді пайдаланатын 3D принтер. Полимер лазер сәулесі шоғырланған жерде ғана қатаяды.
Суретте: XNUMXD нанолитограф
Процессорларды жасау және материалдардың жұқа қабаттарымен жұмыс істеу үшін қолданылатын стандартты литография әдістерінен айырмашылығы, екіфотонды полимерлеу күрделі үш өлшемді құрылымдарды жасауға мүмкіндік береді. Мысалы, келесідей:
Зертхананың келесі бөлмесі оптикалық эксперименттер үшін пайдаланылады.
Ұзындығы он метрге жуық үлкен оптикалық үстел бар, көптеген қондырғылармен толтырылған. Әрбір қондырғының негізгі элементтері сәулелену көздері (лазерлер мен шамдар), спектрометрлер және микроскоптар болып табылады. Микроскоптардың бірінде бірден үш оптикалық арна бар - жоғарғы, бүйірлік және төменгі.
Оны тек өткізу және шағылыстыру спектрлерін ғана емес, сонымен қатар шашырауды да өлшеуге болады. Соңғысы нанообъектілер туралы өте бай ақпарат береді, мысалы, наноантенналардың спектрлік сипаттамалары мен сәулелену үлгілері.
Суретте: кремний бөлшектеріне жарық шашырауының әсері
Барлық жабдық дірілді басатын жалғыз жүйесі бар үстелде орналасқан. Кез келген лазердің сәулеленуін кез келген оптикалық жүйелер мен микроскоптарға бірнеше айна арқылы жіберуге болады және зерттеуді жалғастыруға болады.
Өте тар спектрі бар үздіксіз толқынды газ лазері эксперименттер жүргізуге мүмкіндік береді . Лазер сәулесі үлгінің бетіне фокусталады, ал шашыраған сәуленің спектрі спектрометрмен жазылады.
Спектрлерде серпімсіз жарық шашырауына сәйкес келетін тар сызықтар (толқын ұзындығының өзгеруімен) байқалады. Бұл шыңдар үлгінің кристалдық құрылымы туралы, кейде тіпті жеке молекулалардың конфигурациясы туралы ақпарат береді.
Сондай-ақ бөлмеде фемтосекундтық лазер орнатылған. Ол өте қысқа (100 фемтосекунд – секундтың он триллионнан бір бөлігі) үлкен қуатпен лазерлік сәулелену импульстарын генерациялауға қабілетті. Нәтижесінде біз сызықты емес оптикалық әсерлерді: екі еселенген жиіліктердің генерациясын және табиғи жағдайда қол жеткізу мүмкін емес басқа да іргелі құбылыстарды зерттеуге мүмкіндік аламыз.
Біздің криостатымыз да зертханада орналасқан. Ол бірдей көздер жиынтығымен оптикалық өлшеулерді жүргізуге мүмкіндік береді, бірақ төмен температурада - жеті Кельвинге дейін, бұл шамамен -266 ° C-қа тең.
Мұндай жағдайларда бірқатар ерекше құбылыстарды, атап айтқанда, фотон мен экситон (электронды-тесік жұбы) бір бөлшекті – экситон-поляритонды түзетін кездегі жарық пен заттың күшті байланысының режимін байқауға болады. Поляритондар кванттық есептеулер мен күшті сызықтық емес әсерлері бар құрылғылар салаларында үлкен үміт береді.
Суретте: INTEGRA зондты микроскоп
Зертхананың соңғы бөлмесінде біз диагностикалық құралдарымызды орналастырдық - и . Біріншісі жоғары кеңістіктік рұқсаты бар объект бетінің кескінін алуға және әрбір материалдың беткі қабаттарының құрамын, құрылымын және басқа да қасиеттерін зерттеуге мүмкіндік береді. Мұны істеу үшін ол оларды жоғары кернеумен жеделдетілген электрондардың фокусталған шоғырымен сканерлейді.
Сканерлеуші зонд микроскобы үлгінің бетін сканерлейтін зондты пайдалану арқылы дәл осылай жасайды. Бұл жағдайда үлгі бетінің «ландшафты» және оның жергілікті қасиеттері туралы, мысалы, электрлік потенциал және магниттелу туралы ақпаратты бір уақытта алуға болады.
Суретте: сканерлеуші электронды микроскоп S50 EDAX
Бұл құралдар бізге әрі қарай оптикалық зерттеулер үшін үлгілерді сипаттауға көмектеседі.
Жобалар мен жоспарлар
Зертхананың негізгі жобаларының бірі байланысты кванттық материалдардағы жарық пен заттың гибридті күйлері — жоғарыда айтылған экситон-поляритондар. Осы тақырыпқа Ресей Федерациясының Білім және ғылым министрлігінің мегагранттары арналған. Жобаны Шеффилд университетінің жетекші ғалымы Морис Школьник басқарады. Жоба бойынша эксперименттік жұмысты Антон Самусев, ал теориялық бөлімді физика-техникалық факультетінің профессоры Иван Шелых жүргізеді.
Зертхана қызметкерлері солитондар арқылы ақпаратты беру жолдарын да зерттеп жатыр. Солитондар – дисперсия әсер етпейтін толқындар. Осының арқасында солитондар арқылы берілетін сигналдар таралу кезінде «таралмайды», бұл тарату жылдамдығын да, ауқымын да арттыруға мүмкіндік береді.
2018 жылдың басында университетіміздің ғалымдары мен Владимир қаласындағы университеттегі әріптестер қатты денелі терагерц лазерінің моделі. Дамудың ерекшелігі терагерц сәулеленуін ағаштан, пластмассадан және керамикадан жасалған заттар «кешіктірмейді». Осы қасиетінің арқасында лазер металл заттарды жылдам іздеу үшін жолаушылар мен багажды тексеру орындарында қолданылады. Қолданылатын тағы бір сала - ежелгі өнер нысандарын қалпына келтіру. Оптикалық жүйе бояу немесе керамика қабаттарының астында жасырылған кескіндерді алуға көмектеседі.
Біздің жоспарымыз – бұдан да күрделі зерттеулер жүргізу үшін зертхананы жаңа жабдықтармен жабдықтау. Мысалы, реттелетін фемтосекундтық лазерді сатып алыңыз, ол зерттелетін материалдардың ауқымын айтарлықтай кеңейтеді. Бұл байланысты тапсырмаларды орындауға көмектеседі келесі ұрпақ есептеу жүйелеріне арналған кванттық чиптер.
ITMO университеті қалай жұмыс істейді және өмір сүреді:
Ақпарат көзі: www.habr.com