Prej smo pokazali naše и . Danes si lahko ogledate optični laboratorij Fakultete za fiziko in tehnologijo Univerze ITMO.
Na sliki: 3D nanolitografija
Laboratorij za nizkodimenzionalne kvantne materiale je del Raziskovalnega centra za nanofotoniko in metamateriale () na podlagi .
Njeni zaposleni so angažirani lastnosti : plazmoni, ekscitoni in polaritoni. Te študije bodo omogočile ustvarjanje polnopravnih optičnih in kvantnih računalnikov. Laboratorij je razdeljen na več delovnih področij, ki pokrivajo vse faze dela z nizkodimenzionalnimi kvantnimi materiali: pripravo vzorcev, njihovo izdelavo, karakterizacijo in optične študije.
Prva cona je opremljena z vsem potrebnim za pripravo vzorcev .
Za njihovo čiščenje je nameščen ultrazvočni čistilec, za varno delo z alkoholi pa je tukaj opremljen močan izpušni pokrov. Nekatere raziskovalne materiale nam dobavljajo partnerski laboratoriji na Finskem, v Singapurju in na Danskem.
Za sterilizacijo vzorcev je v prostoru nameščena sušilna omara BINDER FD Classic.Line. Grelni elementi v njem vzdržujejo temperature od 10 do 300°C. Ima USB vmesnik za stalno spremljanje temperature med poskusom.
Laboratorijsko osebje to komoro uporablja tudi za izvajanje stresnih testov in testov staranja vzorcev. Takšni poskusi so potrebni za razumevanje, kako se materiali in naprave obnašajo v določenih pogojih: standardnih in ekstremnih.
V sosednji sobi je nameščen tridimenzionalni nanolitograf. Omogoča izdelavo tridimenzionalnih struktur v velikosti nekaj sto nanometrov.
Načelo njegovega delovanja temelji na pojavu dvofotonske polimerizacije. V bistvu gre za 3D tiskalnik, ki uporablja laserje za oblikovanje predmeta iz tekočega polimera. Polimer se strdi samo na mestu, kjer je fokusiran laserski žarek.
Na sliki: 3D nanolitografija
Za razliko od standardnih tehnik litografije, ki se uporabljajo za ustvarjanje procesorjev in delo s tankimi plastmi materialov, dvofotonska polimerizacija omogoča ustvarjanje kompleksnih tridimenzionalnih struktur. Na primer takole:
Naslednji prostor laboratorija se uporablja za optične poskuse.
Skoraj deset metrov dolga velika optična miza, polna številnih instalacij. Glavni elementi vsake instalacije so viri sevanja (laserji in svetilke), spektrometri in mikroskopi. Eden od mikroskopov ima tri optične kanale hkrati - zgornji, stranski in spodnji.
Uporablja se lahko za merjenje ne samo transmisijskih in odbojnih spektrov, temveč tudi sipanja. Slednji zagotavljajo zelo bogate informacije o nanoobjektih, na primer spektralne značilnosti in vzorce sevanja nanoanten.
Na fotografiji: učinek sipanja svetlobe na delce silicija
Vsa oprema je nameščena na mizi z enim samim sistemom za dušenje vibracij. Sevanje katerega koli laserja je mogoče poslati v kateri koli optični sistem in mikroskope z uporabo le nekaj ogledal in raziskave se lahko nadaljujejo.
Plinski laser z neprekinjenim valovanjem z zelo ozkim spektrom omogoča izvajanje poskusov na . Laserski žarek se usmeri na površino vzorca, spekter razpršene svetlobe pa posname spektrometer.
V spektrih opazimo ozke črte, ki ustrezajo neelastičnemu sipanju svetlobe (s spremembo valovne dolžine). Ti vrhovi zagotavljajo informacije o kristalni strukturi vzorca in včasih celo o konfiguraciji posameznih molekul.
V prostoru je nameščen tudi femtosekundni laser. Sposoben je generirati zelo kratke (100 femtosekund - ena deset bilijoninka sekunde) impulze laserskega sevanja z ogromno močjo. Posledično dobimo priložnost preučevati nelinearne optične učinke: generiranje podvojenih frekvenc in druge temeljne pojave, nedosegljive v naravnih razmerah.
V laboratoriju se nahaja tudi naš kriostat. Omogoča optične meritve z enakim naborom virov, vendar pri nizkih temperaturah – do sedem Kelvinov, kar je približno enako -266°C.
V takšnih pogojih je mogoče opaziti številne edinstvene pojave, zlasti režim močne sklopitve med svetlobo in snovjo, ko foton in eksciton (par elektron-luknja) tvorita en sam delec - eksciton-polariton. Polaritoni veliko obetajo na področjih kvantnega računalništva in naprav z močnimi nelinearnimi učinki.
Na fotografiji: sondni mikroskop INTEGRA
V zadnji sobi laboratorija smo postavili naše diagnostične instrumente - и . Prvi vam omogoča, da dobite sliko površine predmeta z visoko prostorsko ločljivostjo in preučite sestavo, strukturo in druge lastnosti površinskih plasti vsakega materiala. Da bi to naredil, jih skenira z osredotočenim žarkom elektronov, pospešenih z visoko napetostjo.
Mikroskop z vrstično sondo naredi isto stvar z uporabo sonde, ki skenira površino vzorca. V tem primeru je mogoče istočasno pridobiti informacije o "pokrajini" površine vzorca in o njegovih lokalnih lastnostih, na primer električnem potencialu in magnetizaciji.
Na sliki: vrstični elektronski mikroskop S50 EDAX
Ti instrumenti nam pomagajo karakterizirati vzorce za nadaljnje optične študije.
Projekti in načrti
Eden glavnih projektov laboratorija je povezan z hibridna stanja svetlobe in snovi v kvantnih materialih - že zgoraj omenjeni eksciton-polaritoni. Tej temi je namenjena mega-štipendija Ministrstva za izobraževanje in znanost Ruske federacije. Projekt vodi vodilni znanstvenik z Univerze v Sheffieldu Maurice Shkolnik. Eksperimentalno delo na projektu izvaja Anton Samusev, teoretični del pa profesor na Fakulteti za fiziko in tehnologijo Ivan Shelykh.
Osebje laboratorija preučuje tudi načine prenosa informacij s pomočjo solitonov. Solitoni so valovi, na katere disperzija ne vpliva. Zahvaljujoč temu se signali, ki se prenašajo s solitoni, med širjenjem ne "razširjajo", kar omogoča povečanje hitrosti in dosega prenosa.
V začetku leta 2018 so znanstveniki naše univerze in sodelavci univerze v Vladimirju model polprevodniškega teraherčnega laserja. Posebnost razvoja je, da teraherčnega sevanja ne "zadržujejo" predmeti iz lesa, plastike in keramike. Zahvaljujoč tej lastnosti se bo laser uporabljal v prostorih za pregled potnikov in prtljage za hitro iskanje kovinskih predmetov. Drugo področje uporabe je restavriranje starodavnih umetniških predmetov. Optični sistem bo pomagal pridobiti slike, skrite pod plastmi barve ali keramike.
Naši načrti so opremiti laboratorij z novo opremo za izvajanje še zahtevnejših raziskav. Na primer, kupite nastavljiv femtosekundni laser, ki bo znatno razširil obseg preučevanih materialov. To bo pomagalo pri nalogah, povezanih z kvantnih čipov za naslednje generacije računalniških sistemov.
Kako deluje in živi Univerza ITMO:
Vir: www.habr.com