Plus tôt, nous avons montré notre
fablab et notre
laboratoire de systèmes cyber-physiques . Aujourd'hui, vous pouvez regarder le laboratoire d'optique de la Faculté de physique et de technologie de l'Université ITMO.
Sur la photo: nanolithographie tridimensionnelleLe laboratoire des matériaux quantiques de faible dimension appartient au centre de recherche en nanophotonique et métamatériaux (
MetaLab ) basé sur la
Faculté de Physique et Technologie .
Ses employés
étudient les propriétés des
quasiparticules : plasmons, excitons et polaritons. Ces études permettront de créer des ordinateurs optiques et quantiques à part entière. Le laboratoire est divisé en plusieurs zones de travail couvrant toutes les étapes du travail avec des matériaux quantiques de faible dimension: préparation des échantillons, leur fabrication, caractérisation et études optiques.
La première zone est équipée de tout le nécessaire pour la préparation d'échantillons de
métamatériaux .
Un nettoyeur à ultrasons est installé pour les nettoyer et pour assurer un fonctionnement sûr avec des alcools, une hotte puissante est équipée ici. Certains documents de recherche nous sont livrés par des laboratoires partenaires en Finlande, à Singapour et au Danemark.
Pour la stérilisation des échantillons dans la pièce est une armoire de séchage BINDER FD Classic.Line. Les éléments chauffants à l'intérieur maintiennent une température de 10 à 300 ° C. Il dispose d'une interface USB pour une surveillance continue de la température tout au long de l'expérience.
Le personnel de laboratoire utilise également cette caméra pour les tests de résistance et les tests de vieillissement. De telles expériences sont nécessaires pour comprendre comment les matériaux et les appareils se comportent dans certaines conditions: standard et extrême.
Une nanolithographie tridimensionnelle est installée dans une pièce adjacente. Il vous permet de fabriquer des structures tridimensionnelles d'une taille de plusieurs centaines de nanomètres.
Le principe de son fonctionnement repose sur le phénomène de polymérisation à deux photons. En fait, c'est une imprimante 3D qui utilise des lasers pour former un objet à partir d'un polymère liquide. Le polymère se solidifie uniquement au point où le faisceau laser est focalisé.
Sur la photo: nanolithographie tridimensionnelle
Contrairement aux méthodes de lithographie standard utilisées pour créer des processeurs et travailler avec des couches minces de matériaux, la méthode de polymérisation à deux photons vous permet de créer des structures tridimensionnelles complexes. Par exemple, ce sont:
La salle de laboratoire suivante est utilisée pour des expériences optiques.
Il y a une grande table optique d'une longueur de près de dix mètres, remplie de nombreuses installations. Les principaux éléments de chaque installation sont les sources de rayonnement (lasers et lampes), les spectromètres et les microscopes. L'un des microscopes possède trois canaux optiques à la fois - supérieur, latéral et inférieur.
Il peut être utilisé pour mesurer non seulement les spectres de transmission et de réflexion, mais également la diffusion. Ces derniers donnent des informations très riches sur les nano-objets, par exemple, les caractéristiques spectrales et les diagrammes de rayonnement des nanoantennes.
Sur la photo: l'effet de la diffusion de la lumière sur les particules de siliciumTout l'équipement est situé sur une table avec un seul système de suppression des vibrations. Le rayonnement de n'importe quel laser peut être envoyé à n'importe quel système optique et microscope avec seulement quelques miroirs et poursuivre la recherche.
Un laser à gaz à spectre très étroit permet de réaliser
des expériences de
spectroscopie Raman . Le faisceau laser est focalisé sur la surface de l'échantillon et le spectre de la lumière diffusée est enregistré par un spectromètre.
Les spectres montrent des lignes étroites correspondant à une diffusion inélastique de la lumière (avec un changement de longueur d'onde). Ces pics fournissent des informations sur la structure cristalline de l'échantillon, et parfois même sur la configuration des molécules individuelles.
Un laser femtoseconde est également installé dans la pièce. Il est capable de générer des impulsions de rayonnement laser très courtes (100 femtosecondes - une dizaine de milliards de secondes) avec une grande puissance. En conséquence, nous avons l'occasion d'étudier les effets optiques non linéaires: la génération de fréquences doublées et d'autres phénomènes fondamentaux inaccessibles dans des conditions naturelles.
Notre cryostat est également en laboratoire. Il permet des mesures optiques avec le même ensemble de sources, mais à basse température jusqu'à sept Kelvin, soit environ -266 ° C.
Dans de telles conditions, un certain nombre de phénomènes uniques peuvent être observés, en particulier le mode de couplage fort de la lumière avec la matière, lorsqu'un photon et un exciton (paire électron-trou) forment une seule particule - un exciton-polariton. Les polaritons ont de grandes perspectives dans les domaines de l'informatique quantique et des dispositifs à forts effets non linéaires.
Sur la photo: microscope à sonde INTEGRADans la dernière salle du laboratoire, nous avons placé nos appareils de diagnostic - un
microscope électronique à balayage et un
microscope à sonde à balayage . Le premier vous permet d'obtenir une image de la surface d'un objet avec une haute résolution spatiale et d'étudier la composition, la structure et d'autres propriétés des couches de surface de chaque matériau. Pour ce faire, il les scanne avec un faisceau d'électrons focalisé dispersé par la haute tension.
Un microscope à sonde à balayage fait de même avec une sonde qui scanne la surface d'un échantillon. Dans ce cas, il est possible d'obtenir simultanément des informations sur le «paysage» de la surface de l'échantillon et sur ses propriétés locales, par exemple le potentiel électrique et la magnétisation.
Sur la photo: microscope électronique à balayage S50 (EDAX)Ces instruments nous aident à caractériser les échantillons pour d'autres études optiques.
Projets et plans
L'un des principaux projets du laboratoire est l'
étude des états hybrides de la lumière et de la matière dans les matériaux quantiques - les polaritons exciton déjà mentionnés ci-dessus. Un mégagant du Ministère de l'éducation et des sciences de la Fédération de Russie est consacré à ces sujets. Le projet est dirigé par un scientifique éminent de l'Université de Sheffield, Maurice Shkolnik. Le travail expérimental sur le projet est mené par Anton Samusev, et la partie théorique est dirigée par le professeur de la Faculté de physique et de technologie Ivan Shelykh.
Le personnel du laboratoire explore également des moyens de transmettre des informations à l'aide de solitons. Les solitons sont des ondes qui ne sont pas affectées par la dispersion. De ce fait, les signaux transmis à l'aide de solitons ne se "floutent" pas lorsqu'ils se propagent, ce qui permet d'augmenter à la fois la vitesse et la portée de transmission.
Début 2018, des scientifiques de notre université et des collègues de l'université de Vladimir ont
présenté un modèle de laser térahertz à l'état solide. La particularité du développement est que le rayonnement térahertz n'est pas "retardé" par des objets en bois, plastique et céramique. En raison de cette propriété, le laser sera utilisé dans les zones d'inspection des passagers et des bagages pour une recherche rapide d'objets métalliques. Un autre domaine d'application est la restauration d'œuvres d'art anciennes. Le système optique aidera à obtenir des images cachées sous des couches de peinture ou de céramique.
Nous prévoyons d'équiper le laboratoire de nouveaux équipements afin de mener des études encore plus complexes. Par exemple, pour acheter un laser femtoseconde accordable, ce qui élargira considérablement la gamme de matériaux à l'étude. Cela aidera dans les tâches associées au
développement de puces quantiques pour les systèmes informatiques de prochaine génération.
Comment fonctionne ITMO University et comment elle vit: