Eerder lieten wij onze и . Vandaag kun je een kijkje nemen in het optisch laboratorium van de Faculteit Natuurkunde en Technologie van de ITMO Universiteit.
Afgebeeld: XNUMXD-nanolithografie
Het Laboratorium voor Laagdimensionale Kwantummaterialen behoort tot het Onderzoekscentrum voor Nanofotonica en Metamaterialen () op de basis .
De medewerkers zijn betrokken eigenschappen : plasmonen, excitonen en polaritonen. Deze onderzoeken zullen het mogelijk maken om volwaardige optische en kwantumcomputers te creëren. Het laboratorium is verdeeld in verschillende werkgebieden die alle fasen van het werken met laagdimensionale kwantummaterialen bestrijken: monstervoorbereiding, de fabricage ervan, karakterisering en optische studies.
De eerste zone is uitgerust met alles wat nodig is voor monstervoorbereiding .
Om ze schoon te maken is er een ultrasoon reiniger geïnstalleerd en om veilig met alcohol te kunnen werken is hier een krachtige afzuigkap voorzien. Sommige onderzoeksmaterialen worden aan ons geleverd door partnerlaboratoria in Finland, Singapore en Denemarken.
Voor het steriliseren van monsters is in de ruimte een BINDER FD Classic.Line droogkast geïnstalleerd. De verwarmingselementen binnenin houden de temperatuur tussen 10 en 300°C. Het heeft een USB-interface voor continue temperatuurbewaking tijdens het experiment.
Laboratoriumpersoneel gebruikt deze kamer ook om stresstests en verouderingstesten op monsters uit te voeren. Dergelijke experimenten zijn nodig om te begrijpen hoe materialen en apparaten zich onder bepaalde omstandigheden gedragen: standaard en extreem.
In de volgende kamer wordt een driedimensionale nanolithografie geïnstalleerd. Het maakt de fabricage mogelijk van driedimensionale structuren van enkele honderden nanometers groot.
Het principe van de werking ervan is gebaseerd op het fenomeen van twee-fotonenpolymerisatie. In wezen is het een 3D-printer die lasers gebruikt om een object uit een vloeibaar polymeer te vormen. Het polymeer hardt alleen uit op het punt waar de laserstraal is gefocusseerd.
Afgebeeld: XNUMXD-nanolithografie
In tegenstelling tot standaard lithografietechnieken, die worden gebruikt om processors te maken en met dunne materiaallagen te werken, maakt twee-fotonpolymerisatie de creatie van complexe driedimensionale structuren mogelijk. Bijvoorbeeld zoals dit:
De volgende kamer van het laboratorium wordt gebruikt voor optische experimenten.
Er staat een grote optische tafel van bijna tien meter lang, gevuld met talloze installaties. De belangrijkste elementen van elke installatie zijn stralingsbronnen (lasers en lampen), spectrometers en microscopen. Een van de microscopen heeft drie optische kanalen tegelijk: boven, zijkant en onder.
Het kan worden gebruikt om niet alleen transmissie- en reflectiespectra te meten, maar ook verstrooiing. Deze laatste bieden zeer rijke informatie over nanoobjecten, bijvoorbeeld de spectrale kenmerken en stralingspatronen van nanoantennes.
Op de foto: het effect van lichtverstrooiing op siliciumdeeltjes
Alle apparatuur bevindt zich op een tafel met één enkel trillingsonderdrukkingssysteem. De straling van elke laser kan met slechts een paar spiegels naar elk van de optische systemen en microscopen worden gestuurd en het onderzoek kan worden voortgezet.
Een continue golfgaslaser met een zeer smal spectrum maakt het mogelijk om experimenten uit te voeren . De laserstraal wordt gefocusseerd op het oppervlak van het monster en het spectrum van het verstrooide licht wordt geregistreerd door een spectrometer.
In de spectra worden smalle lijnen waargenomen die overeenkomen met inelastische lichtverstrooiing (met een verandering in golflengte). Deze pieken geven informatie over de kristalstructuur van het monster, en soms zelfs over de configuratie van individuele moleculen.
Er is ook een femtosecondelaser in de kamer geïnstalleerd. Het is in staat zeer korte (100 femtoseconden - één tien biljoenste van een seconde) laserstralingspulsen met een enorm vermogen te genereren. Als gevolg hiervan krijgen we de mogelijkheid om niet-lineaire optische effecten te bestuderen: het genereren van dubbele frequenties en andere fundamentele verschijnselen die onbereikbaar zijn onder natuurlijke omstandigheden.
Ook onze cryostaat bevindt zich in het laboratorium. Het maakt optische metingen mogelijk met dezelfde set bronnen, maar bij lage temperaturen - tot zeven Kelvin, wat ongeveer gelijk is aan -266°C.
Onder dergelijke omstandigheden kunnen een aantal unieke verschijnselen worden waargenomen, in het bijzonder het regime van sterke koppeling tussen licht en materie, wanneer een foton en een exciton (elektron-gatpaar) één enkel deeltje vormen - een exciton-polariton. Polaritonen zijn veelbelovend op het gebied van kwantumcomputers en apparaten met sterke niet-lineaire effecten.
Op de foto: INTEGRA sondemicroscoop
In de laatste kamer van het laboratorium plaatsten we onze diagnostische instrumenten - и . Met de eerste kunt u een beeld krijgen van het oppervlak van een object met een hoge ruimtelijke resolutie en de samenstelling, structuur en andere eigenschappen van de oppervlaktelagen van elk materiaal bestuderen. Om dit te doen, scant hij ze met een gefocusseerde elektronenbundel, versneld door hoge spanning.
Een scanning-sondemicroscoop doet hetzelfde door een sonde te gebruiken die het oppervlak van het monster scant. In dit geval is het mogelijk om tegelijkertijd informatie te verkrijgen over het “landschap” van het monsteroppervlak en over de lokale eigenschappen ervan, bijvoorbeeld elektrische potentiaal en magnetisatie.
Afgebeeld: rasterelektronenmicroscoop S50 EDAX
Deze instrumenten helpen ons monsters te karakteriseren voor verder optisch onderzoek.
Projecten en plannen
Een van de belangrijkste projecten van het laboratorium houdt verband met hybride toestanden van licht en materie in kwantummaterialen – exciton-polaritonen die hierboven al zijn genoemd. Een megasubsidie van het Ministerie van Onderwijs en Wetenschappen van de Russische Federatie is aan dit onderwerp gewijd. Het project wordt geleid door Maurice Shkolnik, een vooraanstaande wetenschapper van de Universiteit van Sheffield. Experimenteel werk aan het project wordt uitgevoerd door Anton Samusev, en het theoretische deel wordt geleid door professor van de Faculteit Natuurkunde en Technologie Ivan Shelykh.
Laboratoriumpersoneel onderzoekt ook manieren om informatie over te dragen met behulp van solitonen. Solitonen zijn golven die niet worden beïnvloed door dispersie. Dankzij dit "verspreiden" signalen die met behulp van solitonen worden verzonden, zich niet terwijl ze zich voortplanten, wat het mogelijk maakt om zowel de snelheid als het transmissiebereik te vergroten.
Begin 2018 hebben wetenschappers van onze universiteit en collega's van de universiteit in Vladimir model van een vaste-stof terahertz-laser. Het bijzondere van de ontwikkeling is dat terahertzstraling niet “vertraagd” wordt door voorwerpen gemaakt van hout, plastic en keramiek. Dankzij deze eigenschap zal de laser worden gebruikt in passagiers- en bagage-inspectieruimtes voor het snel zoeken naar metalen voorwerpen. Een ander toepassingsgebied is de restauratie van oude kunstvoorwerpen. Het optische systeem zal helpen om afbeeldingen te verkrijgen die verborgen zijn onder lagen verf of keramiek.
Onze plannen zijn om het laboratorium uit te rusten met nieuwe apparatuur om nog complexer onderzoek te kunnen doen. Schaf bijvoorbeeld een afstembare femtoseconde-laser aan, waardoor het bereik van de onderzochte materialen aanzienlijk zal worden uitgebreid. Dit zal helpen bij taken die verband houden met kwantumchips voor computersystemen van de volgende generatie.
Hoe ITMO University werkt en leeft:
Bron: www.habr.com