Anksčiau rodėme savo и . Šiandien galite pasižvalgyti po ITMO universiteto Fizikos ir technologijos fakulteto optinę laboratoriją.
Nuotraukoje: 3D nanolitografija
Mažų matmenų kvantinių medžiagų laboratorija priklauso Nanofotonikos ir metamedžiagų tyrimų centrui () ant pagrindo .
Jos darbuotojai užsiima savybės : plazmonai, eksitonai ir poliaritonai. Šie tyrimai leis sukurti visaverčius optinius ir kvantinius kompiuterius. Laboratorija suskirstyta į kelias darbo sritis, apimančias visus darbo su mažų matmenų kvantinėmis medžiagomis etapus: mėginių paruošimą, jų gamybą, charakterizavimą ir optinius tyrimus.
Pirmoje zonoje yra viskas, ko reikia mėginiui paruošti .
Joms valyti sumontuotas ultragarsinis valytuvas, o saugiam darbui su alkoholiais užtikrinti čia įrengtas galingas išmetimo gaubtas. Kai kurias tyrimų medžiagas mums tiekia partnerių laboratorijos Suomijoje, Singapūre ir Danijoje.
Mėginiams sterilizuoti patalpoje įrengiama BINDER FD Classic.Line džiovinimo spinta. Jo viduje esantys kaitinimo elementai palaiko nuo 10 iki 300°C temperatūrą. Jis turi USB sąsają nuolatiniam temperatūros stebėjimui eksperimento metu.
Laboratorijos darbuotojai taip pat naudoja šią kamerą mėginių testams nepalankiausiomis sąlygomis ir senėjimo bandymams atlikti. Tokie eksperimentai būtini norint suprasti, kaip medžiagos ir prietaisai elgiasi tam tikromis sąlygomis: standartinėmis ir ekstremaliomis.
Kitame kambaryje įrengtas trimatis nanolitografas. Tai leidžia pagaminti kelių šimtų nanometrų dydžio erdvines struktūras.
Jo veikimo principas pagrįstas dviejų fotonų polimerizacijos reiškiniu. Iš esmės tai yra 3D spausdintuvas, kuris lazeriais formuoja objektą iš skysto polimero. Polimeras sukietėja tik toje vietoje, kur fokusuojamas lazerio spindulys.
Nuotraukoje: 3D nanolitografija
Skirtingai nuo standartinių litografijos metodų, kurie naudojami kuriant procesorius ir dirbant su plonais medžiagų sluoksniais, dviejų fotonų polimerizacija leidžia sukurti sudėtingas trimates struktūras. Pavyzdžiui, taip:
Kitas laboratorijos kambarys skirtas optiniams eksperimentams.
Yra didelis beveik dešimties metrų ilgio optinis stalas, užpildytas daugybe instaliacijų. Pagrindiniai kiekvieno įrenginio elementai yra spinduliuotės šaltiniai (lazeriai ir lempos), spektrometrai ir mikroskopai. Vienas iš mikroskopų turi tris optinius kanalus vienu metu – viršutinį, šoninį ir apatinį.
Juo galima matuoti ne tik perdavimo ir atspindžio spektrus, bet ir sklaidą. Pastarieji suteikia labai daug informacijos apie nanoobjektus, pavyzdžiui, nanoantenų spektrines charakteristikas ir spinduliavimo modelius.
Nuotraukoje: šviesos sklaidos poveikis silicio dalelėms
Visa įranga yra ant stalo su viena vibracijos slopinimo sistema. Bet kurio lazerio spinduliuotė gali būti siunčiama į bet kurią optinę sistemą ir mikroskopą naudojant tik kelis veidrodžius, o tyrimai gali būti tęsiami.
Nepertraukiamų bangų dujinis lazeris su labai siauru spektru leidžia atlikti eksperimentus . Lazerio spindulys sufokusuojamas į mėginio paviršių, o išsklaidytos šviesos spektras registruojamas spektrometru.
Spektruose stebimos siauros linijos, atitinkančios neelastingą šviesos sklaidą (pasikeitus bangos ilgiui). Šios smailės suteikia informacijos apie mėginio kristalinę struktūrą, o kartais net apie atskirų molekulių konfigūraciją.
Taip pat patalpoje sumontuotas femtosekundinis lazeris. Jis gali generuoti labai trumpus (100 femtosekundžių – vieną dešimtį trilijonąją sekundės dalį) milžiniškos galios lazerio spinduliuotės impulsus. Dėl to gauname galimybę tirti netiesinius optinius efektus: dvigubų dažnių generavimą ir kitus esminius reiškinius, nepasiekiamus natūraliomis sąlygomis.
Mūsų kriostatas taip pat yra laboratorijoje. Tai leidžia atlikti optinius matavimus naudojant tą patį šaltinių rinkinį, bet esant žemai temperatūrai – iki septynių kelvinų, o tai apytiksliai lygu -266°C.
Tokiomis sąlygomis galima pastebėti daugybę unikalių reiškinių, ypač stipraus šviesos ir materijos jungties režimą, kai fotonas ir eksitonas (elektronų skylių pora) sudaro vieną dalelę - eksitoną-polaritoną. Polaritonai yra daug žadantys kvantinio skaičiavimo ir stiprių netiesinių efektų įrenginių srityse.
Nuotraukoje: INTEGRA zondo mikroskopas
Paskutinėje laboratorijos patalpoje padėjome savo diagnostikos instrumentus - и . Pirmasis leidžia gauti didelės erdvinės skiriamosios gebos objekto paviršiaus vaizdą ir ištirti kiekvienos medžiagos paviršiaus sluoksnių sudėtį, struktūrą ir kitas savybes. Norėdami tai padaryti, jis nuskaito juos sufokusuotu elektronų pluoštu, pagreitintu aukštos įtampos.
Skenavimo zondo mikroskopas daro tą patį, naudodamas zondą, kuris nuskaito mėginio paviršių. Tokiu atveju galima vienu metu gauti informaciją apie mėginio paviršiaus „kraštovaizdį“ ir apie jo vietines savybes, pavyzdžiui, elektrinį potencialą ir įmagnetinimą.
Nuotraukoje: skenuojantis elektroninis mikroskopas S50 EDAX
Šie instrumentai padeda mums apibūdinti pavyzdžius tolesniems optiniams tyrimams.
Projektai ir planai
Vienas pagrindinių laboratorijos projektų yra susijęs su hibridinės šviesos ir materijos būsenos kvantinėse medžiagose – jau minėti eksitonai-polaritonai. Šiai temai skirta didžiulė Rusijos Federacijos švietimo ir mokslo ministerijos dotacija. Projektui vadovauja pagrindinis mokslininkas iš Šefildo universiteto Maurice'as Shkolnik. Eksperimentinius darbus projekte atlieka Antonas Samusevas, o teorinei daliai vadovauja Fizikos ir technologijų fakulteto profesorius Ivanas Šelchas.
Laboratorijos darbuotojai taip pat tiria būdus, kaip perduoti informaciją naudojant solitonus. Solitonai yra bangos, kurių dispersija neveikia. Dėl šios priežasties signalai, perduodami naudojant solitonus, „neišsisklinda“ sklindant, o tai leidžia padidinti tiek perdavimo greitį, tiek diapazoną.
2018 metų pradžioje mūsų universiteto mokslininkai ir kolegos iš Vladimiro universiteto kietojo kūno terahercinio lazerio modelis. Plėtros ypatumas yra tas, kad terahercinės spinduliuotės „nevėluoja“ daiktai iš medžio, plastiko ir keramikos. Dėl šios savybės lazeris bus naudojamas keleivių ir bagažo tikrinimo zonose, greitai ieškant metalinių daiktų. Kita taikymo sritis yra senovės meno objektų restauravimas. Optinė sistema padės išgauti po dažų ar keramikos sluoksniais paslėptus vaizdus.
Planuojame aprūpinti laboratoriją nauja įranga, kad būtų galima atlikti dar sudėtingesnius tyrimus. Pavyzdžiui, įsigykite derinamą femtosekundinį lazerį, kuris žymiai išplės tiriamų medžiagų spektrą. Tai padės atlikti užduotis, susijusias su kvantinės lustos naujos kartos skaičiavimo sistemoms.
Kaip veikia ir gyvena ITMO universitetas:
Šaltinis: www.habr.com
