Iepriekš mēs rādījām savu и . Šodien var ielūkoties ITMO Universitātes Fizikas un tehnoloģiju fakultātes optiskajā laboratorijā.
Attēlā: XNUMXD nanolitogrāfija
Mazdimensiju kvantu materiālu laboratorija pieder Nanofotonikas un metamateriālu pētniecības centram () uz pamatnes .
Tās darbinieki ir iesaistīti īpašības : plazmoni, eksitoni un polaritoni. Šie pētījumi dos iespēju izveidot pilnvērtīgus optiskos un kvantu datorus. Laboratorija ir sadalīta vairākās darba jomās, kas aptver visus darba posmus ar mazdimensionāliem kvantu materiāliem: paraugu sagatavošana, to izgatavošana, raksturojums un optiskie pētījumi.
Pirmā zona ir aprīkota ar visu nepieciešamo paraugu sagatavošanai .
To tīrīšanai ir uzstādīts ultraskaņas tīrītājs, un, lai nodrošinātu drošu darbu ar spirtiem, šeit ir aprīkots jaudīgs izplūdes pārsegs. Dažus pētījumu materiālus mums piegādā partnerlaboratorijas Somijā, Singapūrā un Dānijā.
Paraugu sterilizēšanai telpā ir uzstādīts BINDER FD Classic.Line žāvēšanas skapis. Tā iekšpusē esošie sildelementi uztur temperatūru no 10 līdz 300°C. Tam ir USB interfeiss nepārtrauktai temperatūras uzraudzībai eksperimenta laikā.
Laboratorijas darbinieki arī izmanto šo kameru, lai veiktu paraugu stresa testus un novecošanas testus. Šādi eksperimenti ir nepieciešami, lai saprastu, kā materiāli un ierīces uzvedas noteiktos apstākļos: standarta un ekstremālos.
Nākamajā telpā ir uzstādīta trīsdimensiju nanolitogrāfija. Tas ļauj izgatavot vairāku simtu nanometru trīsdimensiju struktūras.
Tās darbības princips ir balstīts uz divu fotonu polimerizācijas fenomenu. Būtībā tas ir 3D printeris, kas izmanto lāzerus, lai izveidotu objektu no šķidra polimēra. Polimērs sacietē tikai tajā vietā, kur ir fokusēts lāzera stars.
Attēlā: XNUMXD nanolitogrāfija
Atšķirībā no standarta litogrāfijas tehnikām, ko izmanto, lai izveidotu procesorus un strādātu ar plāniem materiālu slāņiem, divu fotonu polimerizācija ļauj izveidot sarežģītas trīsdimensiju struktūras. Piemēram, šādi:
Nākamā laboratorijas telpa tiek izmantota optiskajiem eksperimentiem.
Ir liels, gandrīz desmit metru garš optiskais galds, kas piepildīts ar daudzām instalācijām. Katras iekārtas galvenie elementi ir starojuma avoti (lāzeri un lampas), spektrometri un mikroskopi. Vienam no mikroskopiem ir uzreiz trīs optiskie kanāli – augšējais, sānu un apakšējais.
To var izmantot, lai izmērītu ne tikai pārraides un atstarošanas spektrus, bet arī izkliedi. Pēdējie sniedz ļoti bagātīgu informāciju par nanoobjektiem, piemēram, nanoantenu spektrālajiem raksturlielumiem un starojuma modeļiem.
Fotoattēlā: gaismas izkliedes ietekme uz silīcija daļiņām
Viss aprīkojums atrodas uz galda ar vienu vibrācijas slāpēšanas sistēmu. Jebkura lāzera starojumu var nosūtīt uz jebkuru no optiskajām sistēmām un mikroskopiem, izmantojot tikai dažus spoguļus, un pētījumus var turpināt.
Nepārtraukta viļņa gāzes lāzers ar ļoti šauru spektru ļauj veikt eksperimentus . Lāzera stars tiek fokusēts uz parauga virsmu, un izkliedētās gaismas spektru reģistrē ar spektrometru.
Spektros tiek novērotas šauras līnijas, kas atbilst neelastīgai gaismas izkliedei (ar viļņa garuma izmaiņām). Šie pīķi sniedz informāciju par parauga kristālisko struktūru un dažreiz pat par atsevišķu molekulu konfigurāciju.
Telpā ir uzstādīts arī femtosekundes lāzers. Tas spēj radīt ļoti īsus (100 femtosekundes – vienu sekundes desmit triljono daļu) lāzera starojuma impulsus ar milzīgu jaudu. Rezultātā mēs iegūstam iespēju pētīt nelineāros optiskos efektus: dubultotu frekvenču ģenerēšanu un citas fundamentālas parādības, kas nav sasniedzamas dabiskos apstākļos.
Mūsu kriostats atrodas arī laboratorijā. Tas ļauj veikt optiskus mērījumus ar vienādu avotu komplektu, bet zemā temperatūrā - līdz septiņiem kelviniem, kas ir aptuveni vienāds ar -266°C.
Šādos apstākļos var novērot vairākas unikālas parādības, jo īpaši gaismas un matērijas spēcīgas savienojuma režīmu, kad fotons un eksitons (elektronu caurumu pāris) veido vienu daļiņu - eksitonu-polaritonu. Polaritoni ir daudzsološi kvantu skaitļošanas un ierīču ar spēcīgu nelineāru efektu jomās.
Fotoattēlā: INTEGRA zondes mikroskops
Laboratorijas pēdējā telpā novietojām savus diagnostikas instrumentus - и . Pirmais ļauj iegūt objekta virsmas attēlu ar augstu telpisko izšķirtspēju un izpētīt katra materiāla virsmas slāņu sastāvu, struktūru un citas īpašības. Lai to izdarītu, viņš tos skenē ar fokusētu elektronu staru, ko paātrina augstspriegums.
Skenēšanas zondes mikroskops dara to pašu, izmantojot zondi, kas skenē parauga virsmu. Tādā gadījumā ir iespējams vienlaicīgi iegūt informāciju par parauga virsmas “ainavu” un par tās lokālajām īpašībām, piemēram, elektrisko potenciālu un magnetizāciju.
Attēlā: skenējošs elektronu mikroskops S50 EDAX
Šie instrumenti palīdz mums raksturot paraugus turpmākiem optiskajiem pētījumiem.
Projekti un plāni
Viens no galvenajiem laboratorijas projektiem ir saistīts ar gaismas un matērijas hibrīdstāvokļi kvantu materiālos — jau iepriekš minētie eksiton-polaritoni. Šai tēmai ir veltīta Krievijas Federācijas Izglītības un zinātnes ministrijas liela dotācija. Projektu vada vadošais zinātnieks no Šefīldas universitātes Moriss Školniks. Eksperimentālo darbu pie projekta veic Antons Samusevs, bet teorētisko daļu vada Fizikas un tehnoloģiju fakultātes profesors Ivans Šeļhs.
Laboratorijas darbinieki arī pēta veidus, kā pārraidīt informāciju, izmantojot solitonus. Solitoni ir viļņi, kurus neietekmē dispersija. Pateicoties tam, signāli, kas tiek pārraidīti, izmantojot solitonus, izplatoties “neizplatās”, kas ļauj palielināt gan pārraides ātrumu, gan diapazonu.
2018. gada sākumā mūsu Universitātes zinātnieki un kolēģi no universitātes Vladimirā cietvielu terahercu lāzera modelis. Izstrādes īpatnība ir tāda, ka terahercu starojumu “neaizkavē” koka, plastmasas un keramikas priekšmeti. Pateicoties šai īpašībai, lāzers tiks izmantots pasažieru un bagāžas pārbaudes zonās ātrai metāla priekšmetu meklēšanai. Vēl viena pielietojamības joma ir seno mākslas priekšmetu restaurācija. Optiskā sistēma palīdzēs iegūt attēlus, kas paslēpti zem krāsas vai keramikas slāņiem.
Mūsu plāni ir aprīkot laboratoriju ar jaunu aprīkojumu, lai veiktu vēl sarežģītākus pētījumus. Piemēram, iegādājieties noskaņojamu femtosekundes lāzeru, kas ievērojami paplašinās pētāmo materiālu klāstu. Tas palīdzēs veikt uzdevumus, kas saistīti ar kvantu mikroshēmas nākamās paaudzes skaitļošanas sistēmām.
Kā ITMO universitāte darbojas un dzīvo:
Avots: www.habr.com