फोटो दौरा: क्वांटम सामग्री की ITMO विश्वविद्यालय की प्रयोगशाला में क्या किया जा रहा है

इससे पहले हमने साइबर-भौतिक प्रणालियों के हमारे फैबलैब और प्रयोगशाला को दिखाया। आज आप ITMO विश्वविद्यालय के भौतिकी और प्रौद्योगिकी संकाय के ऑप्टिकल प्रयोगशाला को देख सकते हैं।


^{फोटो में: तीन-आयामी नैनोलिथोग्राफ}

कम आयामी क्वांटम सामग्रियों की प्रयोगशाला भौतिकी और प्रौद्योगिकी संकाय के आधार पर नैनोपोटोनिक्स और मेटामेट्रिक्स ( मेटालैब ) के अनुसंधान केंद्र से संबंधित है।

इसके कर्मचारी क्वासिपर्टिकल्स के गुणों का अध्ययन कर रहे हैं: प्लास्मोन, एक्सिटोन और पोलिरिटोन। इन अध्ययनों से पूर्ण ऑप्टिकल और क्वांटम कंप्यूटर बनाना संभव हो जाएगा। प्रयोगशाला को कई कार्य क्षेत्रों में विभाजित किया गया है जो निम्न-आयामी क्वांटम सामग्रियों के साथ काम के सभी चरणों को कवर करते हैं: नमूना तैयार करना, उनका निर्माण, लक्षण वर्णन और ऑप्टिकल अध्ययन।



पहला ज़ोन मेटामेट्रीज़ के नमूनों की तैयारी के लिए आवश्यक सभी चीज़ों से सुसज्जित है।

उन्हें साफ करने के लिए एक अल्ट्रासोनिक क्लीनर स्थापित किया गया है, और अल्कोहल के साथ सुरक्षित संचालन सुनिश्चित करने के लिए, यहां एक शक्तिशाली हुड सुसज्जित है। कुछ शोध सामग्री फिनलैंड, सिंगापुर और डेनमार्क में साझेदार प्रयोगशालाओं द्वारा हमारे पास पहुंचाई जाती हैं।



कमरे में नमूनों की नसबंदी के लिए एक सुखाने वाला कैबिनेट बाइंडर एफडी क्लासिक है। इसके अंदर के हीटिंग तत्व 10 से 300 ° C तापमान बनाए रखते हैं। पूरे प्रयोग में निरंतर तापमान की निगरानी के लिए इसमें एक USB इंटरफ़ेस है।

प्रयोगशाला कर्मचारी इस कैमरे का उपयोग तनाव परीक्षण और उम्र बढ़ने परीक्षण परीक्षणों के लिए भी करते हैं। इस तरह के प्रयोगों को समझना आवश्यक है कि सामग्री और उपकरण कुछ शर्तों के तहत कैसे व्यवहार करते हैं: मानक और चरम।



बगल के कमरे में एक त्रि-आयामी नैनोलिथोग्राफ स्थापित किया गया है। यह आपको कई सौ नैनोमीटर के आकार के साथ तीन आयामी संरचनाओं को बनाने की अनुमति देता है।

इसके संचालन का सिद्धांत दो-फोटोन पोलीमराइजेशन की घटना पर आधारित है। वास्तव में, यह एक 3 डी प्रिंटर है जो एक तरल बहुलक से ऑब्जेक्ट बनाने के लिए लेजर का उपयोग करता है। पॉलिमर केवल उस बिंदु पर जम जाता है जहां लेजर बीम केंद्रित है।


^{फोटो में: तीन-आयामी नैनोलिथोग्राफ}



मानक लिथोग्राफी विधियों के विपरीत जो प्रोसेसर बनाने और सामग्रियों की पतली परतों के साथ काम करने के लिए उपयोग किए जाते हैं, दो-फोटॉन पोलीमराइजेशन विधि आपको जटिल तीन आयामी संरचनाएं बनाने की अनुमति देती है। उदाहरण के लिए, ये हैं:


अगला प्रयोगशाला कक्ष ऑप्टिकल प्रयोगों के लिए उपयोग किया जाता है।

कई प्रतिष्ठानों से भरी लगभग दस मीटर की लंबाई के साथ एक बड़ी ऑप्टिकल टेबल है। प्रत्येक स्थापना के मुख्य तत्व विकिरण स्रोत (लेजर और लैंप), स्पेक्ट्रोमीटर और माइक्रोस्कोप हैं। सूक्ष्मदर्शी में से एक में तीन ऑप्टिकल चैनल होते हैं - ऊपरी, पार्श्व और निचला।



इसका उपयोग न केवल संचरण और प्रतिबिंब स्पेक्ट्रा को मापने के लिए किया जा सकता है, बल्कि बिखरने भी हो सकता है। उत्तरार्द्ध nanoobjects के बारे में बहुत समृद्ध जानकारी देते हैं, उदाहरण के लिए, वर्णक्रमीय विशेषताओं और नैनोएनेटेनस के विकिरण पैटर्न।


^{फोटो में: सिलिकॉन कणों पर प्रकाश के प्रकीर्णन का प्रभाव}

सभी उपकरण एक एकल कंपन दमन प्रणाली के साथ एक मेज पर स्थित हैं। किसी भी लेजर के विकिरण को केवल कुछ दर्पणों के साथ किसी भी ऑप्टिकल सिस्टम और माइक्रोस्कोप में भेजा जा सकता है।

बहुत संकीर्ण स्पेक्ट्रम के साथ एक गैस लेजर, रमन स्पेक्ट्रोस्कोपी प्रयोगों का संचालन करना संभव बनाता है। लेजर बीम नमूना की सतह पर केंद्रित है, और बिखरे हुए प्रकाश का स्पेक्ट्रम एक स्पेक्ट्रोमीटर द्वारा दर्ज किया गया है।

स्पेक्ट्रा, इनलेस्टिक लाइट स्कैटरिंग (तरंग दैर्ध्य में बदलाव के साथ) के अनुरूप संकीर्ण रेखाएं दिखाता है। ये चोटियाँ नमूने की क्रिस्टल संरचना की जानकारी देती हैं, और कभी-कभी व्यक्तिगत अणुओं के विन्यास पर भी।



कमरे में एक फेमटोसेकंड लेजर भी स्थापित किया गया है। यह बहुत कम बिजली (100 स्त्रीलोक - एक सेकंड का दस-ट्रिलियन हिस्सा) बड़ी शक्ति के साथ लेजर विकिरण के दालों को पैदा करने में सक्षम है। नतीजतन, हमें नॉनलाइनियर ऑप्टिकल प्रभावों का अध्ययन करने का अवसर मिलता है: प्राकृतिक परिस्थितियों में अप्राप्य आवृत्तियों और अन्य मौलिक घटनाओं की उत्पत्ति।



हमारा क्रायोस्टैट भी प्रयोगशाला में है। यह स्रोतों के एक ही सेट के साथ ऑप्टिकल माप की अनुमति देता है, लेकिन सात केल्विन तक कम तापमान पर, जो लगभग -266 डिग्री सेल्सियस है।



ऐसी परिस्थितियों में, कई अद्वितीय घटनाएं देखी जा सकती हैं, विशेष रूप से, पदार्थ के साथ प्रकाश के मजबूत युग्मन की विधा, जब एक फोटॉन और एक एक्साइटन (इलेक्ट्रॉन-छेद जोड़ी) एक एकल कण बनाते हैं - एक एक्सिटॉन-पोलरिटॉन। पोलारिटन ​​के पास क्वांटम कंप्यूटिंग और मजबूत nonlinear प्रभाव वाले उपकरणों के क्षेत्र में बहुत संभावनाएं हैं।


^{फोटो में: INTEGRA जांच माइक्रोस्कोप}

प्रयोगशाला के अंतिम कमरे में, हमने अपने नैदानिक ​​उपकरणों को रखा - एक स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप और एक स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप । पहला आपको उच्च स्थानिक संकल्प के साथ किसी वस्तु की सतह की एक छवि प्राप्त करने और प्रत्येक सामग्री की सतह परतों की संरचना, संरचना और अन्य गुणों का अध्ययन करने की अनुमति देता है। ऐसा करने के लिए, वह उन्हें उच्च वोल्टेज द्वारा फैलाए गए इलेक्ट्रॉनों के एक केंद्रित बीम के साथ स्कैन करता है।

एक स्कैनिंग जांच माइक्रोस्कोप एक जांच के साथ ही करता है जो एक नमूना की सतह को स्कैन करता है। इस मामले में, नमूना की सतह के "परिदृश्य" के बारे में और इसके स्थानीय गुणों के बारे में जानकारी प्राप्त करना संभव है, उदाहरण के लिए, बिजली की क्षमता और चुंबकत्व।


^{फोटो में: स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप S50 (EDAX)}

ये उपकरण हमें आगे के ऑप्टिकल अध्ययन के लिए नमूनों को चिह्नित करने में मदद करते हैं।

परियोजनाओं और योजनाओं

प्रयोगशाला की मुख्य परियोजनाओं में से एक है प्रकाश की हाइब्रिड अवस्थाओं का अध्ययन और क्वांटम पदार्थों में द्रव्य - एक्सिटोन पोलरिटोन पहले से ही ऊपर बताए गए हैं। रूसी संघ के शिक्षा और विज्ञान मंत्रालय की एक पत्रिका इन विषयों के लिए समर्पित है। परियोजना का नेतृत्व शेफ़ील्ड विश्वविद्यालय के एक प्रमुख वैज्ञानिक मौरिस शकोलनिक ने किया है। परियोजना पर प्रायोगिक कार्य एंटोन सैम्यूसेव द्वारा संचालित किया जाता है, और सैद्धांतिक भाग का नेतृत्व भौतिकी और प्रौद्योगिकी के प्रोफेसर इवान शिल्ख द्वारा किया जाता है।

प्रयोगशाला कर्मचारी सोलिटनों का उपयोग करके सूचना प्रसारित करने के तरीके भी तलाश रहे हैं। सोलिटोन तरंगें हैं जो फैलाव से प्रभावित नहीं होती हैं। इसके कारण, सॉलिटन्स का उपयोग करके प्रेषित सिग्नल "धुंधला" नहीं करते हैं क्योंकि वे गति और संचरण रेंज दोनों को बढ़ाने की अनुमति देते हैं।

2018 की शुरुआत में, हमारे विश्वविद्यालय के वैज्ञानिकों और व्लादिमीर में विश्वविद्यालय के सहयोगियों ने एक ठोस राज्य टेराहर्टेज़ लेजर का एक मॉडल प्रस्तुत किया । विकास की ख़ासियत यह है कि टेराहर्ट्ज़ विकिरण लकड़ी, प्लास्टिक और चीनी मिट्टी की वस्तुओं से "विलंबित" नहीं है। इस संपत्ति के कारण, लेजर का उपयोग यात्री और सामान निरीक्षण क्षेत्रों में धातु की वस्तुओं की त्वरित खोज के लिए किया जाएगा। प्रयोज्यता का एक अन्य क्षेत्र कला के प्राचीन कार्यों की बहाली है। ऑप्टिकल सिस्टम पेंट या सिरेमिक की परतों के नीचे छिपी छवियों को प्राप्त करने में मदद करेगा।

हमारी योजना प्रयोगशालाओं को नए उपकरणों से लैस करने की है ताकि वे और भी जटिल अध्ययन कर सकें। उदाहरण के लिए, एक ट्यून करने योग्य फेमटोसेकंड लेजर खरीदने के लिए, जो अध्ययन के तहत सामग्री की सीमा का काफी विस्तार करेगा। यह अगली पीढ़ी के कंप्यूटिंग सिस्टम के लिए क्वांटम चिप्स के विकास से जुड़े कार्यों में मदद करेगा।

---

ITMO विश्वविद्यालय कैसे काम करता है और यह कैसे रहता है:

• टीएल; आईटीएमओ यूनिवर्सिटी डीआर डाइजेस्ट: गैर-शास्त्रीय प्रवेश और दिलचस्प सामग्री
• क्वांटम संचार - अटूट डेटा ट्रांसमिशन सिस्टम की एक परियोजना
• स्मार्ट स्टेथोस्कोप - आईटीएमओ विश्वविद्यालय के त्वरक से एक स्टार्टअप परियोजना