Anteriormente mostramos nuestro
fablab y
laboratorio de sistemas ciberfísicos . Hoy puedes mirar el laboratorio óptico de la Facultad de Física y Tecnología de la Universidad ITMO.
En la foto: nanolitografía tridimensionalEl laboratorio de materiales cuánticos de baja dimensión pertenece al centro de investigación de nanofotónica y metamateriales (
MetaLab ) basado en la
Facultad de Física y Tecnología .
Sus empleados están
estudiando las propiedades de las
cuasipartículas : plasmones, excitones y polaritones. Estos estudios permitirán crear computadoras ópticas y cuánticas completas. El laboratorio se divide en varias áreas de trabajo que cubren todas las etapas del trabajo con materiales cuánticos de baja dimensión: preparación de muestras, su fabricación, caracterización y estudios ópticos.
La primera zona está equipada con todo lo necesario para la preparación de muestras de
metamateriales .
Se instala un limpiador ultrasónico para limpiarlos y para garantizar un funcionamiento seguro con alcoholes, aquí se equipa una potente campana. Algunos laboratorios de Finlandia, Singapur y Dinamarca nos envían algunos materiales de investigación.
Para la esterilización de muestras en la sala se encuentra un armario de secado BINDER FD Classic.Line. Los elementos calefactores en su interior mantienen una temperatura de 10 a 300 ° C. Tiene una interfaz USB para monitoreo continuo de temperatura durante todo el experimento.
El personal del laboratorio también utiliza esta cámara para pruebas de estrés y pruebas de envejecimiento. Tales experimentos son necesarios para comprender cómo se comportan los materiales y dispositivos bajo ciertas condiciones: estándar y extrema.
Se instala un nanolitografía tridimensional en una habitación adyacente. Le permite fabricar estructuras tridimensionales con un tamaño de varios cientos de nanómetros.
El principio de su funcionamiento se basa en el fenómeno de la polimerización de dos fotones. De hecho, es una impresora 3D que utiliza láseres para formar un objeto a partir de un polímero líquido. El polímero se solidifica solo en el punto donde se enfoca el rayo láser.
En la foto: nanolitografía tridimensional
A diferencia de los métodos de litografía estándar que se utilizan para crear procesadores y trabajar con capas delgadas de materiales, el método de polimerización de dos fotones le permite crear estructuras tridimensionales complejas. Por ejemplo, estos son:
La siguiente sala de laboratorio se usa para experimentos ópticos.
Hay una gran mesa óptica con una longitud de casi diez metros, llena de numerosas instalaciones. Los elementos principales de cada instalación son fuentes de radiación (láseres y lámparas), espectrómetros y microscopios. Uno de los microscopios tiene tres canales ópticos a la vez: superior, lateral e inferior.
Se puede usar para medir no solo los espectros de transmisión y reflexión, sino también la dispersión. Estos últimos proporcionan información muy rica sobre nanoobjetos, por ejemplo, características espectrales y patrones de radiación de nanoantenas.
En la foto: el efecto de la dispersión de la luz sobre las partículas de silicio.Todo el equipo está ubicado en una mesa con un solo sistema de supresión de vibraciones. La radiación de cualquier láser puede enviarse a cualquiera de los sistemas ópticos y microscopios con solo unos pocos espejos y continuar la investigación.
Un láser de gas con un espectro muy estrecho permite realizar experimentos de
espectroscopía Raman . El rayo láser se enfoca en la superficie de la muestra, y el espectro de luz dispersa se registra mediante un espectrómetro.
Los espectros muestran líneas estrechas que corresponden a la dispersión de luz inelástica (con un cambio en la longitud de onda). Estos picos proporcionan información sobre la estructura cristalina de la muestra y, a veces, incluso sobre la configuración de moléculas individuales.
Un láser de femtosegundo también está instalado en la habitación. Es capaz de generar pulsos de radiación láser muy cortos (100 femtosegundos, una parte de diez billones de segundo) con gran potencia. Como resultado, tenemos la oportunidad de estudiar los efectos ópticos no lineales: la generación de frecuencias duplicadas y otros fenómenos fundamentales inalcanzables en condiciones naturales.
Nuestro criostato también está en el laboratorio. Permite mediciones ópticas con el mismo conjunto de fuentes, pero a bajas temperaturas de hasta siete Kelvin, que es aproximadamente -266 ° C.
Bajo tales condiciones, se puede observar una serie de fenómenos únicos, en particular, el modo de acoplamiento fuerte de la luz con la materia, cuando un fotón y un excitón (par electrón-agujero) forman una sola partícula: un excitón-polaritón. Los polaritones tienen grandes perspectivas en los campos de la computación cuántica y dispositivos con fuertes efectos no lineales.
En la foto: microscopio de sonda INTEGRAEn la última sala del laboratorio, colocamos nuestros dispositivos de diagnóstico: un
microscopio electrónico de barrido y un
microscopio de sonda de barrido . El primero le permite obtener una imagen de la superficie de un objeto con alta resolución espacial e investigar la composición, estructura y otras propiedades de las capas superficiales de cada material. Para hacer esto, los escanea con un haz enfocado de electrones dispersos por alto voltaje.
Un microscopio con sonda de exploración hace lo mismo con una sonda que explora la superficie de una muestra. En este caso, es posible obtener simultáneamente información sobre el "paisaje" de la superficie de la muestra y sobre sus propiedades locales, por ejemplo, el potencial eléctrico y la magnetización.
En la foto: microscopio electrónico de barrido S50 (EDAX)Estos instrumentos nos ayudan a caracterizar las muestras para futuros estudios ópticos.
Proyectos y planes
Uno de los principales proyectos del laboratorio es el
estudio de los estados híbridos de luz y materia en materiales cuánticos: los polaritones de excitón ya mencionados anteriormente. Una mega donación del Ministerio de Educación y Ciencia de la Federación de Rusia se dedica a estos temas. El proyecto está dirigido por un destacado científico de la Universidad de Sheffield, Maurice Shkolnik. El trabajo experimental en el proyecto está dirigido por Anton Samusev, y la parte teórica está dirigida por el profesor de la Facultad de Física y Tecnología Ivan Shelykh.
El personal del laboratorio también está explorando formas de transmitir información utilizando solitones. Los solitones son ondas que no se ven afectadas por la dispersión. Debido a esto, las señales transmitidas usando solitones no se "difuminan" a medida que se propagan, lo que permite aumentar tanto la velocidad como el rango de transmisión.
A principios de 2018, los científicos de nuestra Universidad y sus colegas de la universidad de Vladimir
presentaron un modelo de láser de terahercios de estado sólido. La peculiaridad del desarrollo es que la radiación de terahercios no se "retrasa" con objetos de madera, plástico y cerámica. Debido a esta propiedad, el láser se utilizará en áreas de inspección de pasajeros y equipaje para la búsqueda rápida de objetos metálicos. Otra área de aplicabilidad es la restauración de antiguas obras de arte. El sistema óptico ayudará a obtener imágenes ocultas debajo de capas de pintura o cerámica.
Nuestros planes son equipar el laboratorio con nuevos equipos para realizar estudios aún más complejos. Por ejemplo, para comprar un láser de femtosegundo sintonizable, que ampliará significativamente la gama de materiales en estudio. Esto ayudará en las tareas asociadas con el
desarrollo de chips cuánticos para los sistemas informáticos de próxima generación.
Cómo funciona la Universidad ITMO y cómo vive: