फोटो टूर: ITMO विद्यापीठातील क्वांटम सामग्रीच्या प्रयोगशाळेत ते काय करतात

पूर्वी आम्ही आमचे दाखवले fablab и सायबरफिजिकल सिस्टम्सची प्रयोगशाळा. आज तुम्ही ITMO विद्यापीठाच्या भौतिकशास्त्र आणि तंत्रज्ञान विद्याशाखेची ऑप्टिकल प्रयोगशाळा पाहू शकता.

चित्र: XNUMXD नॅनोलिथोग्राफ

लो-डायमेन्शनल क्वांटम मटेरियल्सची प्रयोगशाळा नॅनोफोटोनिक्स आणि मेटामटेरियल्सच्या संशोधन केंद्राशी संबंधित आहे.मेटालॅब) पायावर भौतिकशास्त्र आणि तंत्रज्ञान विद्याशाखा.

त्याचे कर्मचारी कार्यरत आहेत अभ्यास करत आहे गुणधर्म अर्धकण: प्लाझमन्स, एक्सिटॉन्स आणि पोलरिटॉन्स. या अभ्यासांमुळे संपूर्ण ऑप्टिकल आणि क्वांटम संगणक तयार करणे शक्य होणार आहे. कमी-आयामी क्वांटम सामग्रीसह कामाचे सर्व टप्पे कव्हर करणारी प्रयोगशाळा अनेक कार्यक्षेत्रांमध्ये विभागली गेली आहे: नमुना तयार करणे, त्यांची निर्मिती, व्यक्तिचित्रण आणि ऑप्टिकल अभ्यास.

पहिला झोन नमुना तयार करण्यासाठी आवश्यक असलेल्या सर्व गोष्टींनी सुसज्ज आहे metamaterials.

त्यांना स्वच्छ करण्यासाठी अल्ट्रासोनिक क्लिनर स्थापित केले आहे आणि अल्कोहोलसह सुरक्षित कार्य सुनिश्चित करण्यासाठी, येथे एक शक्तिशाली एक्झॉस्ट हुड सुसज्ज आहे. फिनलंड, सिंगापूर आणि डेन्मार्कमधील भागीदार प्रयोगशाळांद्वारे आम्हाला काही संशोधन साहित्य पुरवले जाते.

नमुने निर्जंतुक करण्यासाठी, खोलीत बाइंडर एफडी क्लासिक. लाइन ड्रायिंग कॅबिनेट स्थापित केले आहे. त्यातील गरम घटक 10 ते 300 डिग्री सेल्सिअस तापमान राखतात. प्रयोगादरम्यान सतत तापमान निरीक्षण करण्यासाठी यात USB इंटरफेस आहे.

प्रयोगशाळेचे कर्मचारी देखील या चेंबरचा वापर तणावाच्या चाचण्या आणि नमुन्यांवरील वृद्धत्वाच्या चाचण्या करण्यासाठी करतात. सामग्री आणि उपकरणे विशिष्ट परिस्थितींमध्ये कसे वागतात हे समजून घेण्यासाठी असे प्रयोग आवश्यक आहेत: मानक आणि अत्यंत.

पुढील खोलीत त्रिमितीय नॅनोलिथोग्राफ स्थापित केला आहे. हे त्रि-आयामी संरचनांचे अनेक सौ नॅनोमीटर आकारमान तयार करण्यास अनुमती देते.

त्याच्या ऑपरेशनचे सिद्धांत दोन-फोटॉन पॉलिमरायझेशनच्या घटनेवर आधारित आहे. मूलत:, हा एक 3D प्रिंटर आहे जो द्रव पॉलिमरपासून वस्तूला आकार देण्यासाठी लेसर वापरतो. पॉलिमर केवळ लेसर बीमवर केंद्रित असलेल्या ठिकाणी कठोर होते.

चित्र: XNUMXD नॅनोलिथोग्राफ

मानक लिथोग्राफी तंत्राच्या विपरीत, ज्याचा वापर प्रोसेसर तयार करण्यासाठी केला जातो आणि सामग्रीच्या पातळ थरांसह कार्य केला जातो, द्वि-फोटॉन पॉलिमरायझेशन जटिल त्रि-आयामी संरचना तयार करण्यास अनुमती देते. उदाहरणार्थ, यासारखे:

प्रयोगशाळेची पुढील खोली ऑप्टिकल प्रयोगांसाठी वापरली जाते.

जवळजवळ दहा मीटर लांबीचे एक मोठे ऑप्टिकल टेबल आहे, जे असंख्य स्थापनेने भरलेले आहे. प्रत्येक स्थापनेचे मुख्य घटक म्हणजे रेडिएशन स्त्रोत (लेसर आणि दिवे), स्पेक्ट्रोमीटर आणि मायक्रोस्कोप. एका मायक्रोस्कोपमध्ये एकाच वेळी तीन ऑप्टिकल चॅनेल असतात - वरच्या, बाजूला आणि खालच्या.

हे केवळ ट्रान्समिशन आणि रिफ्लेक्शन स्पेक्ट्राच नव्हे तर विखुरणे देखील मोजण्यासाठी वापरले जाऊ शकते. नंतरचे नॅनोऑब्जेक्ट्सबद्दल खूप समृद्ध माहिती देतात, उदाहरणार्थ, नॅनोअँटेनाची वर्णक्रमीय वैशिष्ट्ये आणि रेडिएशन पॅटर्न.

फोटोमध्ये: सिलिकॉन कणांवर प्रकाश विखुरण्याचा प्रभाव

सर्व उपकरणे एकाच कंपन सप्रेशन सिस्टमसह टेबलवर स्थित आहेत. कोणत्याही लेसरचे रेडिएशन केवळ काही आरशांचा वापर करून कोणत्याही ऑप्टिकल प्रणाली आणि सूक्ष्मदर्शकाकडे पाठवले जाऊ शकते आणि संशोधन चालू ठेवता येते.

अतिशय अरुंद स्पेक्ट्रमसह सतत-वेव्ह गॅस लेसरवर प्रयोग करणे शक्य करते रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी. लेसर बीम नमुन्याच्या पृष्ठभागावर केंद्रित आहे आणि विखुरलेल्या प्रकाशाचा स्पेक्ट्रम स्पेक्ट्रोमीटरद्वारे रेकॉर्ड केला जातो.

स्पेक्ट्रामध्ये लवचिक प्रकाशाच्या विखुरण्याशी संबंधित अरुंद रेषा (तरंगलांबीमध्ये बदलासह) पाळल्या जातात. ही शिखरे नमुन्याच्या क्रिस्टल संरचनेबद्दल आणि कधीकधी वैयक्तिक रेणूंच्या कॉन्फिगरेशनबद्दल देखील माहिती देतात.

खोलीत एक femtosecond लेसर देखील स्थापित आहे. ते प्रचंड शक्तीसह लेसर रेडिएशनचे अत्यंत कमी (100 फेमटोसेकंद - एका सेकंदाचा दहा-ट्रिलियनवा) स्पंद तयार करण्यास सक्षम आहे. परिणामी, आम्हाला नॉनलाइनर ऑप्टिकल प्रभावांचा अभ्यास करण्याची संधी मिळते: दुप्पट फ्रिक्वेन्सीची निर्मिती आणि नैसर्गिक परिस्थितीत अप्राप्य इतर मूलभूत घटना.

आमचे क्रायोस्टॅट देखील प्रयोगशाळेत आहे. हे समान स्त्रोतांच्या संचासह ऑप्टिकल मापनांना परवानगी देते, परंतु कमी तापमानात - सात केल्विन पर्यंत, जे अंदाजे -266°C च्या समान आहे.

अशा परिस्थितीत, अनेक अद्वितीय घटना पाहिल्या जाऊ शकतात, विशेषतः, प्रकाश आणि पदार्थ यांच्यातील मजबूत जोडणीची व्यवस्था, जेव्हा फोटॉन आणि एक्सिटॉन (इलेक्ट्रॉन-होल जोडी) एकच कण तयार करतात - एक एक्सिटॉन-पोलरिटॉन. क्वांटम कंप्युटिंग आणि मजबूत नॉनलाइनर इफेक्ट्स असलेल्या उपकरणांच्या क्षेत्रात पोलरिटॉन्स उत्तम आश्वासन देतात.

फोटोमध्ये: इंटेग्रा प्रोब मायक्रोस्कोप

प्रयोगशाळेच्या शेवटच्या खोलीत आम्ही आमची निदान साधने ठेवली - स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप и स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोप. प्रथम आपल्याला उच्च स्थानिक रिझोल्यूशनसह ऑब्जेक्टच्या पृष्ठभागाची प्रतिमा प्राप्त करण्यास आणि प्रत्येक सामग्रीच्या पृष्ठभागाच्या स्तरांची रचना, रचना आणि इतर गुणधर्मांचा अभ्यास करण्यास अनुमती देते. हे करण्यासाठी, तो उच्च व्होल्टेजद्वारे प्रवेगित इलेक्ट्रॉनच्या केंद्रित बीमसह स्कॅन करतो.

स्कॅनिंग प्रोब मायक्रोस्कोप नमुन्याची पृष्ठभाग स्कॅन करणार्‍या प्रोबचा वापर करून तेच कार्य करते. या प्रकरणात, नमुना पृष्ठभागाच्या "लँडस्केप" बद्दल आणि त्याच्या स्थानिक गुणधर्मांबद्दल, उदाहरणार्थ, विद्युत क्षमता आणि चुंबकीकरणाबद्दल एकाच वेळी माहिती मिळवणे शक्य आहे.

चित्र: स्कॅनिंग इलेक्ट्रॉन मायक्रोस्कोप S50 EDAX

ही उपकरणे आम्हाला पुढील ऑप्टिकल अभ्यासासाठी नमुने वैशिष्ट्यीकृत करण्यात मदत करतात.

प्रकल्प आणि योजना

प्रयोगशाळेच्या मुख्य प्रकल्पांपैकी एक संबंधित आहे अभ्यास करत आहे क्वांटम मटेरियलमधील प्रकाश आणि पदार्थाच्या संकरित अवस्था—एक्सिटॉन-पोलरिटॉन्स आधीच वर नमूद केले आहेत. रशियन फेडरेशनच्या शिक्षण आणि विज्ञान मंत्रालयाकडून एक मेगा-अनुदान या विषयासाठी समर्पित आहे. या प्रकल्पाचे नेतृत्व शेफिल्ड विद्यापीठातील आघाडीचे शास्त्रज्ञ मॉरिस श्कोलनिक करत आहेत. प्रकल्पावरील प्रायोगिक कार्य अँटोन समुसेव्ह यांनी केले आहे आणि सैद्धांतिक भागाचे नेतृत्व भौतिकशास्त्र आणि तंत्रज्ञान संकायचे प्राध्यापक इव्हान शेलिख यांनी केले आहे.

प्रयोगशाळेचे कर्मचारी सोलिटॉन वापरून माहिती प्रसारित करण्याच्या पद्धतींचा अभ्यास करत आहेत. सॉलिटॉन लाटा आहेत ज्यांचा फैलाव प्रभावित होत नाही. याबद्दल धन्यवाद, सॉलिटॉन वापरुन प्रसारित केलेले सिग्नल प्रसारित होत असताना ते "पसरत" नाहीत, ज्यामुळे प्रसारणाची गती आणि श्रेणी दोन्ही वाढवणे शक्य होते.

2018 च्या सुरुवातीला, आमच्या विद्यापीठातील शास्त्रज्ञ आणि व्लादिमीरमधील विद्यापीठातील सहकारी सादर सॉलिड-स्टेट टेराहर्ट्झ लेसरचे मॉडेल. विकासाचे वैशिष्ठ्य म्हणजे लाकूड, प्लास्टिक आणि सिरेमिकपासून बनवलेल्या वस्तूंद्वारे टेराहर्ट्झ रेडिएशनला "विलंब" होत नाही. या मालमत्तेबद्दल धन्यवाद, लेझरचा वापर प्रवासी आणि सामान तपासणीच्या ठिकाणी धातूच्या वस्तूंचा त्वरीत शोध घेण्यासाठी केला जाईल. लागू होण्याचे आणखी एक क्षेत्र म्हणजे प्राचीन कला वस्तूंची जीर्णोद्धार. ऑप्टिकल प्रणाली पेंट किंवा सिरॅमिक्सच्या थरांखाली लपविलेल्या प्रतिमा मिळविण्यात मदत करेल.

अधिक जटिल संशोधन करण्यासाठी प्रयोगशाळा नवीन उपकरणांनी सुसज्ज करण्याची आमची योजना आहे. उदाहरणार्थ, ट्यून करण्यायोग्य फेमटोसेकंद लेसर खरेदी करा, जे अभ्यासात असलेल्या सामग्रीची श्रेणी लक्षणीयरीत्या विस्तृत करेल. हे संबंधित कार्यांना मदत करेल विकास पुढील पिढीच्या संगणकीय प्रणालीसाठी क्वांटम चिप्स.

ITMO विद्यापीठ कसे कार्य करते आणि जगते:

• ITMO युनिव्हर्सिटी TL; DR डायजेस्ट: नॉन-क्लासिकल प्रवेश आणि मनोरंजक साहित्य
• क्वांटम कम्युनिकेशन्स - अनहॅक करण्यायोग्य डेटा ट्रान्समिशन सिस्टमचा एक प्रकल्प
• स्मार्ट स्टेथोस्कोप - ITMO युनिव्हर्सिटी प्रवेगक पासून एक स्टार्टअप प्रकल्प

स्त्रोत: www.habr.com