Anterior ne-am arătat и . Astăzi vă puteți uita la laboratorul de optică al Facultății de Fizică și Tehnologie a Universității ITMO.
În imagine: nanolitografia XNUMXD
Laboratorul de materiale cuantice cu dimensiuni joase aparține Centrului de Cercetare pentru Nanofotonică și Metamateriale () pe bază .
Angajații săi sunt angajați proprietăți : plasmonii, excitonii si polaritonii. Aceste studii vor face posibilă crearea de computere optice și cuantice cu drepturi depline. Laboratorul este împărțit în mai multe zone de lucru care acoperă toate etapele de lucru cu materiale cuantice de dimensiuni joase: pregătirea probelor, fabricarea acestora, caracterizarea și studii optice.
Prima zonă este echipată cu tot ce este necesar pentru pregătirea probei .
Este instalat un aparat de curățare cu ultrasunete pentru a le curăța și pentru a asigura lucrul în siguranță cu alcooli, aici este echipată o hotă de evacuare puternică. Unele materiale de cercetare ne sunt furnizate de laboratoare partenere din Finlanda, Singapore și Danemarca.
Pentru sterilizarea probelor, în cameră este instalată un dulap de uscare BINDER FD Classic.Line. Elementele de încălzire din interiorul acestuia mențin temperaturi de la 10 la 300°C. Are o interfață USB pentru monitorizarea continuă a temperaturii în timpul experimentului.
Personalul de laborator folosește, de asemenea, această cameră pentru a efectua teste de stres și teste de îmbătrânire pe probe. Astfel de experimente sunt necesare pentru a înțelege cum se comportă materialele și dispozitivele în anumite condiții: standard și extreme.
În camera alăturată este instalată o nanolitografă tridimensională. Permite fabricarea de structuri tridimensionale de câteva sute de nanometri în dimensiune.
Principiul funcționării sale se bazează pe fenomenul de polimerizare cu doi fotoni. În esență, este o imprimantă 3D care folosește lasere pentru a modela un obiect dintr-un polimer lichid. Polimerul se întărește numai în punctul în care fasciculul laser este focalizat.
În imagine: nanolitografia XNUMXD
Spre deosebire de tehnicile standard de litografie, care sunt folosite pentru a crea procesoare și a lucra cu straturi subțiri de materiale, polimerizarea cu doi fotoni permite crearea unor structuri tridimensionale complexe. De exemplu, așa:
Camera alăturată a laboratorului este folosită pentru experimente optice.
Există o masă optică mare de aproape zece metri lungime, plină cu numeroase instalații. Elementele principale ale fiecărei instalații sunt sursele de radiații (lasere și lămpi), spectrometre și microscoape. Unul dintre microscoape are trei canale optice simultan - superior, lateral și inferior.
Poate fi folosit pentru a măsura nu numai spectrele de transmisie și reflexie, ci și împrăștierea. Acestea din urmă oferă informații foarte bogate despre nanoobiecte, de exemplu, caracteristicile spectrale și modelele de radiație ale nanoantenelor.
În fotografie: efectul împrăștierii luminii asupra particulelor de siliciu
Toate echipamentele sunt amplasate pe o masă cu un singur sistem de suprimare a vibrațiilor. Radiația oricărui laser poate fi trimisă la oricare dintre sistemele optice și microscoape folosind doar câteva oglinzi și cercetările pot fi continuate.
Un laser cu gaz cu undă continuă cu un spectru foarte îngust face posibilă efectuarea experimentelor . Raza laser este focalizată pe suprafața probei, iar spectrul luminii împrăștiate este înregistrat de un spectrometru.
În spectre se observă linii înguste corespunzătoare împrăștierii neelastice a luminii (cu o modificare a lungimii de undă). Aceste vârfuri oferă informații despre structura cristalină a probei și, uneori, chiar despre configurația moleculelor individuale.
Există, de asemenea, un laser de femtosecundă instalat în cameră. Este capabil să genereze impulsuri de radiație laser foarte scurte (100 de femtosecunde - o zece trilionime dintr-o secundă) cu o putere enormă. Ca urmare, avem ocazia de a studia efectele optice neliniare: generarea de frecvențe dublate și alte fenomene fundamentale de neatins în condiții naturale.
Criostatul nostru se află, de asemenea, în laborator. Permite măsurători optice cu același set de surse, dar la temperaturi scăzute - până la șapte Kelvin, ceea ce este aproximativ egal cu -266°C.
În astfel de condiții, pot fi observate o serie de fenomene unice, în special, regimul de cuplare puternică dintre lumină și materie, când un foton și un exciton (pereche electron-gaură) formează o singură particulă - un exciton-polariton. Polaritonii sunt foarte promițători în domeniul calculului cuantic și al dispozitivelor cu efecte neliniare puternice.
În fotografie: microscop cu sondă INTEGRA
În ultima încăpere a laboratorului am plasat instrumentele noastre de diagnostic - и . Primul vă permite să obțineți o imagine a suprafeței unui obiect cu rezoluție spațială mare și să studiați compoziția, structura și alte proprietăți ale straturilor de suprafață ale fiecărui material. Pentru a face acest lucru, el le scanează cu un fascicul focalizat de electroni accelerat de înaltă tensiune.
Un microscop cu sondă de scanare face același lucru folosind o sondă care scanează suprafața probei. În acest caz, este posibil să obțineți simultan informații despre „peisajul” suprafeței probei și despre proprietățile sale locale, de exemplu, potențialul electric și magnetizarea.
În imagine: microscop electronic cu scanare S50 EDAX
Aceste instrumente ne ajută să caracterizam mostre pentru studii optice ulterioare.
Proiecte și planuri
Unul dintre principalele proiecte ale laboratorului este legat de stări hibride ale luminii și materiei în materialele cuantice —exciton-polaritoni deja menționate mai sus. Un megagrant de la Ministerul Educației și Științei al Federației Ruse este dedicat acestui subiect. Proiectul este condus de un om de știință de frunte de la Universitatea din Sheffield, Maurice Shkolnik. Lucrările experimentale la proiect sunt realizate de Anton Samusev, iar partea teoretică este condusă de profesorul Facultății de Fizică și Tehnologie Ivan Shelykh.
Personalul de laborator studiază, de asemenea, modalități de transmitere a informațiilor folosind solitoni. Solitonurile sunt unde care nu sunt afectate de dispersie. Datorită acestui fapt, semnalele transmise folosind solitoni nu se „împrăștie” pe măsură ce se propagă, ceea ce face posibilă creșterea atât a vitezei, cât și a razei de transmisie.
La începutul anului 2018, oameni de știință de la Universitatea noastră și colegii de la Universitatea din Vladimir modelul unui laser terahertz cu stare solidă. Particularitatea dezvoltării este că radiația terahertz nu este „întârziată” de obiectele din lemn, plastic și ceramică. Datorită acestei proprietăți, laserul va fi utilizat în zonele de inspecție pentru pasageri și bagaje pentru căutarea rapidă a obiectelor metalice. Un alt domeniu de aplicabilitate este restaurarea obiectelor de artă antice. Sistemul optic va ajuta la obținerea imaginilor ascunse sub straturi de vopsea sau ceramică.
Planurile noastre sunt de a dota laboratorul cu echipamente noi pentru a efectua cercetări și mai complexe. De exemplu, achiziționați un laser de femtosecundă reglabil, care va extinde semnificativ gama de materiale studiate. Acest lucru va ajuta cu sarcinile legate de cipuri cuantice pentru sistemele de calcul de următoarea generație.
Cum funcționează și trăiește Universitatea ITMO:
Sursa: www.habr.com