Trước đây chúng tôi đã trình bày и . Hôm nay các bạn có thể tham quan phòng thí nghiệm quang học của Khoa Vật lý và Công nghệ Đại học ITMO.
Trong ảnh: in thạch bản nano 3D
Phòng thí nghiệm Vật liệu lượng tử chiều thấp trực thuộc Trung tâm nghiên cứu quang tử nano và siêu vật liệu () trên cơ sở .
Nhân viên của nó đang tham gia tính chất : Plasmon, Exciton và Polariton. Những nghiên cứu này sẽ giúp tạo ra các máy tính quang học và lượng tử hoàn chỉnh. Phòng thí nghiệm được chia thành nhiều khu vực làm việc bao gồm tất cả các giai đoạn làm việc với vật liệu lượng tử chiều thấp: chuẩn bị mẫu, chế tạo, mô tả đặc tính và nghiên cứu quang học của chúng.
Khu vực đầu tiên được trang bị mọi thứ cần thiết cho việc chuẩn bị mẫu .
Để làm sạch chúng, một chất tẩy rửa siêu âm được lắp đặt và để đảm bảo làm việc an toàn với cồn, một máy hút mùi mạnh mẽ được trang bị ở đây. Một số tài liệu nghiên cứu được cung cấp cho chúng tôi bởi các phòng thí nghiệm đối tác ở Phần Lan, Singapore và Đan Mạch.
Để khử trùng mẫu, tủ sấy BINDER FD Classic.Line được lắp đặt trong phòng. Các bộ phận làm nóng bên trong nó duy trì nhiệt độ từ 10 đến 300°C. Nó có giao diện USB để theo dõi nhiệt độ liên tục trong quá trình thí nghiệm.
Nhân viên phòng thí nghiệm cũng sử dụng buồng này để tiến hành các bài kiểm tra sức chịu đựng và kiểm tra lão hóa trên các mẫu. Những thí nghiệm như vậy là cần thiết để hiểu cách vật liệu và thiết bị hoạt động trong những điều kiện nhất định: tiêu chuẩn và khắc nghiệt.
Một máy in thạch bản nano ba chiều được lắp đặt ở phòng bên cạnh. Nó cho phép chế tạo các cấu trúc ba chiều có kích thước vài trăm nanomet.
Nguyên lý hoạt động của nó dựa trên hiện tượng trùng hợp hai photon. Về cơ bản, đó là một máy in 3D sử dụng tia laser để tạo hình vật thể từ polyme lỏng. Polyme chỉ cứng lại tại điểm tập trung chùm tia laser.
Trong ảnh: in thạch bản nano 3D
Không giống như các kỹ thuật in thạch bản tiêu chuẩn, được sử dụng để tạo ra bộ xử lý và làm việc với các lớp vật liệu mỏng, quá trình trùng hợp hai photon cho phép tạo ra các cấu trúc ba chiều phức tạp. Ví dụ như thế này:
Phòng tiếp theo của phòng thí nghiệm được sử dụng cho các thí nghiệm quang học.
Có một chiếc bàn quang học lớn dài gần mười mét, chứa đầy nhiều thiết bị lắp đặt. Các yếu tố chính của mỗi hệ thống lắp đặt là nguồn bức xạ (laser và đèn), máy quang phổ và kính hiển vi. Một trong những kính hiển vi có ba kênh quang cùng một lúc - trên, bên và dưới.
Nó có thể được sử dụng để đo không chỉ quang phổ truyền qua và phản xạ mà còn cả sự tán xạ. Loại thứ hai cung cấp thông tin rất phong phú về các vật thể nano, ví dụ, các đặc tính quang phổ và kiểu bức xạ của anten nano.
Trong ảnh: hiệu ứng tán xạ ánh sáng lên các hạt silicon
Tất cả các thiết bị được đặt trên một bàn với một hệ thống chống rung duy nhất. Bức xạ của bất kỳ tia laser nào cũng có thể được gửi tới bất kỳ hệ thống quang học và kính hiển vi nào chỉ bằng một vài gương và nghiên cứu có thể được tiếp tục.
Laser khí sóng liên tục có phổ rất hẹp giúp có thể tiến hành các thí nghiệm trên . Chùm tia laser tập trung vào bề mặt mẫu và phổ của ánh sáng tán xạ được ghi lại bằng máy quang phổ.
Các vạch hẹp tương ứng với sự tán xạ ánh sáng không đàn hồi (với sự thay đổi bước sóng) được quan sát thấy trong quang phổ. Những đỉnh này cung cấp thông tin về cấu trúc tinh thể của mẫu và đôi khi thậm chí về cấu hình của từng phân tử.
Ngoài ra còn có một tia laser femto giây được lắp đặt trong phòng. Nó có khả năng tạo ra các xung bức xạ laser rất ngắn (100 femto giây - một phần mười nghìn tỷ giây) với công suất cực lớn. Kết quả là chúng ta có cơ hội nghiên cứu các hiệu ứng quang học phi tuyến: tạo ra tần số gấp đôi và các hiện tượng cơ bản khác không thể đạt được trong điều kiện tự nhiên.
Bộ điều hòa nhiệt độ của chúng tôi cũng được đặt trong phòng thí nghiệm. Nó cho phép đo quang học với cùng một bộ nguồn nhưng ở nhiệt độ thấp - lên tới 266 Kelvin, xấp xỉ bằng -XNUMX°C.
Trong những điều kiện như vậy, có thể quan sát thấy một số hiện tượng độc đáo, đặc biệt là chế độ liên kết mạnh giữa ánh sáng và vật chất, khi một photon và một exciton (cặp lỗ điện tử) tạo thành một hạt duy nhất - một exciton-Polariton. Polariton hứa hẹn nhiều hứa hẹn trong lĩnh vực điện toán lượng tử và các thiết bị có hiệu ứng phi tuyến mạnh.
Trong ảnh: Kính hiển vi đầu dò INTEGRA
Trong căn phòng cuối cùng của phòng thí nghiệm, chúng tôi đặt các dụng cụ chẩn đoán - и . Đầu tiên cho phép bạn thu được hình ảnh bề mặt của vật thể với độ phân giải không gian cao và nghiên cứu thành phần, cấu trúc và các tính chất khác của các lớp bề mặt của từng vật liệu. Để làm điều này, anh ta quét chúng bằng một chùm electron tập trung được gia tốc bằng điện áp cao.
Kính hiển vi đầu dò quét thực hiện điều tương tự bằng cách sử dụng đầu dò quét bề mặt của mẫu. Trong trường hợp này, có thể thu được đồng thời thông tin về “cảnh quan” của bề mặt mẫu và về các đặc tính cục bộ của nó, ví dụ như điện thế và từ hóa.
Trong ảnh: kính hiển vi điện tử quét S50 EDAX
Những dụng cụ này giúp chúng tôi mô tả các mẫu để nghiên cứu quang học sâu hơn.
Dự án và kế hoạch
Một trong những dự án chính của phòng thí nghiệm có liên quan đến trạng thái lai của ánh sáng và vật chất trong vật liệu lượng tử—các phân cực-exciton đã được đề cập ở trên. Một khoản tài trợ lớn từ Bộ Giáo dục và Khoa học Liên bang Nga được dành cho chủ đề này. Dự án được dẫn dắt bởi nhà khoa học hàng đầu của Đại học Sheffield, Maurice Shkolnik. Công việc thử nghiệm trong dự án do Anton Samusev thực hiện, và phần lý thuyết do Giáo sư Khoa Vật lý và Công nghệ Ivan Shelykh đứng đầu.
Nhân viên phòng thí nghiệm cũng đang nghiên cứu cách truyền tải thông tin bằng cách sử dụng soliton. Soliton là sóng không bị ảnh hưởng bởi sự phân tán. Nhờ đó, tín hiệu được truyền bằng soliton không bị “lan rộng” khi chúng truyền đi, điều này giúp tăng cả tốc độ và phạm vi truyền.
Vào đầu năm 2018, các nhà khoa học từ Đại học của chúng tôi và các đồng nghiệp từ trường đại học ở Vladimir mô hình laser terahertz trạng thái rắn. Điểm đặc biệt của sự phát triển là bức xạ terahertz không bị “trì hoãn” bởi các vật thể làm bằng gỗ, nhựa và gốm sứ. Nhờ đặc tính này, tia laser sẽ được sử dụng trong các khu vực kiểm tra hành khách và hành lý để tìm kiếm nhanh các vật kim loại. Một lĩnh vực ứng dụng khác là phục hồi các đồ vật nghệ thuật cổ xưa. Hệ thống quang học sẽ giúp thu được hình ảnh ẩn dưới lớp sơn hoặc gốm sứ.
Kế hoạch của chúng tôi là trang bị cho phòng thí nghiệm những thiết bị mới để tiến hành những nghiên cứu phức tạp hơn nữa. Ví dụ: mua một tia laser femto giây có thể điều chỉnh được, điều này sẽ mở rộng đáng kể phạm vi vật liệu đang được nghiên cứu. Điều này sẽ giúp ích cho các công việc liên quan đến chip lượng tử cho các hệ thống máy tính thế hệ tiếp theo.
Đại học ITMO hoạt động và sinh hoạt như thế nào:
Nguồn: www.habr.com