Predtým sme ukázali naše и . Dnes sa môžete pozrieť do optického laboratória Fyzikálnej a technologickej fakulty Univerzity ITMO.
Na obrázku: XNUMXD nanolitograf
Laboratórium nízkorozmerných kvantových materiálov patrí do Výskumného centra pre nanofotoniku a metamateriály () na základni .
Jej zamestnanci sú angažovaní vlastnosti : plazmóny, excitóny a polaritóny. Tieto štúdie umožnia vytvárať plnohodnotné optické a kvantové počítače. Laboratórium je rozdelené do niekoľkých pracovných oblastí pokrývajúcich všetky fázy práce s nízkorozmernými kvantovými materiálmi: príprava vzoriek, ich výroba, charakterizácia a optické štúdie.
Prvá zóna je vybavená všetkým potrebným na prípravu vzorky .
Na ich čistenie je inštalovaná ultrazvuková čistička a na zaistenie bezpečnej práce s alkoholmi je tu vybavený výkonný odsávač pár. Niektoré výskumné materiály nám dodávajú partnerské laboratóriá vo Fínsku, Singapure a Dánsku.
Na sterilizáciu vzoriek je v miestnosti nainštalovaná sušiareň BINDER FD Classic.Line. Vyhrievacie telesá vo vnútri udržujú teplotu od 10 do 300°C. Disponuje USB rozhraním pre nepretržité sledovanie teploty počas experimentu.
Pracovníci laboratória tiež používajú túto komoru na vykonávanie záťažových testov a testov starnutia vzoriek. Takéto experimenty sú potrebné na pochopenie toho, ako sa materiály a zariadenia správajú za určitých podmienok: štandardných a extrémnych.
Vo vedľajšej miestnosti je nainštalovaný trojrozmerný nanolitograf. Umožňuje výrobu trojrozmerných štruktúr s veľkosťou niekoľkých stoviek nanometrov.
Princíp jeho fungovania je založený na fenoméne dvojfotónovej polymerizácie. V podstate ide o 3D tlačiareň, ktorá využíva lasery na tvarovanie objektu z tekutého polyméru. Polymér tuhne len v mieste, kde je zaostrený laserový lúč.
Na obrázku: XNUMXD nanolitograf
Na rozdiel od štandardných techník litografie, ktoré sa používajú na vytváranie procesorov a prácu s tenkými vrstvami materiálov, dvojfotónová polymerizácia umožňuje vytváranie zložitých trojrozmerných štruktúr. Napríklad takto:
Ďalšia miestnosť laboratória sa využíva na optické experimenty.
Je tu veľký optický stôl dlhý takmer desať metrov, vyplnený početnými inštaláciami. Hlavnými prvkami každej inštalácie sú zdroje žiarenia (lasery a lampy), spektrometre a mikroskopy. Jeden z mikroskopov má tri optické kanály naraz - horný, bočný a spodný.
Dá sa použiť na meranie nielen priepustných a odrazových spektier, ale aj rozptylu. Posledne menované poskytujú veľmi bohaté informácie o nanoobjektoch, napríklad o spektrálnych charakteristikách a vzorcoch žiarenia nanoantén.
Na fotografii: vplyv rozptylu svetla na častice kremíka
Všetky zariadenia sú umiestnené na stole s jedným systémom potláčania vibrácií. Žiarenie akéhokoľvek lasera môže byť poslané do ktoréhokoľvek z optických systémov a mikroskopov pomocou niekoľkých zrkadiel a výskum môže pokračovať.
Plynový laser s kontinuálnou vlnou s veľmi úzkym spektrom umožňuje vykonávať experimenty . Laserový lúč je zaostrený na povrch vzorky a spektrum rozptýleného svetla je zaznamenané spektrometrom.
V spektrách sú pozorované úzke čiary zodpovedajúce nepružnému rozptylu svetla (so zmenou vlnovej dĺžky). Tieto píky poskytujú informácie o kryštálovej štruktúre vzorky a niekedy aj o konfigurácii jednotlivých molekúl.
V miestnosti je nainštalovaný aj femtosekundový laser. Je schopný generovať veľmi krátke (100 femtosekúnd – jedna desať bilióntina sekundy) pulzy laserového žiarenia s obrovskou silou. Výsledkom je možnosť študovať nelineárne optické efekty: generovanie zdvojnásobených frekvencií a iné základné javy nedosiahnuteľné v prírodných podmienkach.
V laboratóriu sa nachádza aj náš kryostat. Umožňuje optické merania s rovnakou sadou zdrojov, ale pri nízkych teplotách - až sedem Kelvinov, čo sa približne rovná -266°C.
Za takýchto podmienok možno pozorovať množstvo unikátnych javov, najmä režim silnej väzby medzi svetlom a hmotou, keď fotón a excitón (pár elektrón-diera) tvoria jedinú časticu - excitón-polaritón. Polaritony majú veľký prísľub v oblasti kvantových výpočtov a zariadení so silnými nelineárnymi efektmi.
Na fotografii: sondový mikroskop INTEGRA
V poslednej miestnosti laboratória sme umiestnili naše diagnostické prístroje - и . Prvý umožňuje získať obraz povrchu objektu s vysokým priestorovým rozlíšením a študovať zloženie, štruktúru a ďalšie vlastnosti povrchových vrstiev každého materiálu. Aby to urobil, skenuje ich sústredeným lúčom elektrónov zrýchleným vysokým napätím.
Mikroskop skenovacej sondy robí to isté pomocou sondy, ktorá skenuje povrch vzorky. V tomto prípade je možné súčasne získať informácie o „krajine“ povrchu vzorky a o jej lokálnych vlastnostiach, napríklad elektrickom potenciáli a magnetizácii.
Na obrázku: rastrovací elektrónový mikroskop S50 EDAX
Tieto nástroje nám pomáhajú charakterizovať vzorky pre ďalšie optické štúdie.
Projekty a plány
Jeden z hlavných projektov laboratória súvisí s hybridné stavy svetla a hmoty v kvantových materiáloch – excitón-polaritóny už spomenuté vyššie. Tejto téme je venovaný megagrant Ministerstva školstva a vedy Ruskej federácie. Projekt vedie popredný vedec z University of Sheffield, Maurice Shkolnik. Experimentálne práce na projekte vykonáva Anton Samusev a teoretickú časť vedie profesor Fyzikálnej a technologickej fakulty Ivan Shelykh.
Pracovníci laboratória tiež študujú spôsoby prenosu informácií pomocou solitónov. Solitóny sú vlny, ktoré nie sú ovplyvnené rozptylom. Vďaka tomu sa signály prenášané pomocou solitonov pri šírení „nerozširujú“, čo umožňuje zvýšiť rýchlosť aj dosah prenosu.
Začiatkom roka 2018 vedci z našej univerzity a kolegovia z univerzity vo Vladimíre model terahertzového lasera v pevnej fáze. Zvláštnosťou vývoja je, že terahertzové žiarenie nie je „oneskorené“ predmetmi vyrobenými z dreva, plastu a keramiky. Vďaka tejto vlastnosti sa laser uplatní v priestoroch kontroly cestujúcich a batožín na rýchle vyhľadávanie kovových predmetov. Ďalšou oblasťou použitia je reštaurovanie starých umeleckých predmetov. Optický systém pomôže získať obrazy skryté pod vrstvami farby alebo keramiky.
Naším plánom je vybaviť laboratórium novým zariadením na vykonávanie ešte komplexnejšieho výskumu. Kúpte si napríklad laditeľný femtosekundový laser, ktorý výrazne rozšíri škálu skúmaných materiálov. Pomôže to pri úlohách súvisiacich s kvantové čipy pre výpočtové systémy novej generácie.
Ako ITMO University funguje a žije:
Zdroj: hab.com