Sebelumnya kami menunjukkan
fablab dan
laboratorium sistem cyber-fisik kami . Hari ini Anda dapat melihat laboratorium optik Fakultas Fisika dan Teknologi Universitas ITMO.
Dalam foto: nanolithograph tiga dimensiLaboratorium bahan kuantum dimensi rendah milik pusat penelitian
nanofotonik dan metamaterial (
MetaLab ) yang berbasis di
Fakultas Fisika dan Teknologi .
Para karyawannya sedang
mempelajari sifat
- sifat
partikel semu : plasmon, eksimon, dan polariton. Studi-studi ini akan memungkinkan untuk membuat komputer optik dan kuantum yang lengkap. Laboratorium ini dibagi menjadi beberapa area kerja yang mencakup semua tahap pekerjaan dengan bahan kuantum dimensi rendah: persiapan sampel, pembuatannya, karakterisasi dan studi optik.
Zona pertama dilengkapi dengan semua yang diperlukan untuk persiapan sampel
metamaterial .
Pembersih ultrasonik dipasang untuk membersihkannya, dan untuk memastikan operasi yang aman dengan alkohol, kap yang kuat dilengkapi di sini. Beberapa bahan penelitian dikirimkan kepada kami oleh laboratorium mitra di Finlandia, Singapura dan Denmark.
Untuk sterilisasi sampel di dalam ruangan adalah lemari pengering BINDER FD Classic. Elemen pemanas di dalamnya mempertahankan suhu 10 hingga 300 ° C. Ini memiliki antarmuka USB untuk pemantauan suhu terus menerus selama percobaan.
Staf laboratorium juga menggunakan kamera ini untuk tes stres dan uji penuaan. Eksperimen semacam itu diperlukan untuk memahami bagaimana bahan dan perangkat berperilaku dalam kondisi tertentu: standar dan ekstrem.
Nanolithograph tiga dimensi dipasang di ruang yang berdekatan. Ini memungkinkan Anda membuat struktur tiga dimensi dengan ukuran beberapa ratus nanometer.
Prinsip operasinya didasarkan pada fenomena polimerisasi dua-foton. Bahkan, itu adalah printer 3D yang menggunakan laser untuk membentuk objek dari polimer cair. Polimer memadat hanya pada titik di mana sinar laser difokuskan.
Dalam foto: nanolithograph tiga dimensi
Tidak seperti metode litografi standar yang digunakan untuk membuat prosesor dan bekerja dengan lapisan tipis bahan, metode polimerisasi dua-foton memungkinkan Anda untuk membuat struktur tiga dimensi yang kompleks. Sebagai contoh, ini adalah:
Ruang laboratorium berikutnya digunakan untuk eksperimen optik.
Ada meja optik besar dengan panjang hampir sepuluh meter, diisi dengan berbagai instalasi. Elemen utama setiap instalasi adalah sumber radiasi (laser dan lampu), spektrometer, dan mikroskop. Salah satu mikroskop memiliki tiga saluran optik sekaligus - atas, lateral dan bawah.
Ini dapat digunakan untuk mengukur tidak hanya transmisi dan spektra refleksi, tetapi juga hamburan. Yang terakhir memberikan informasi yang sangat kaya tentang nanoobjects, misalnya, karakteristik spektral dan pola radiasi nanoantennas.
Dalam foto: efek hamburan cahaya pada partikel silikonSemua peralatan terletak di atas meja dengan sistem penekan getaran tunggal. Radiasi laser apa pun dapat dikirim ke salah satu sistem optik dan mikroskop hanya dengan beberapa cermin dan melanjutkan penelitian.
Laser gas dengan spektrum yang sangat sempit memungkinkan dilakukannya eksperimen
spektroskopi Raman . Sinar laser difokuskan pada permukaan sampel, dan spektrum cahaya yang tersebar dicatat oleh spektrometer.
Spektrum menunjukkan garis-garis sempit yang sesuai dengan hamburan cahaya inelastik (dengan perubahan panjang gelombang). Puncak ini memberikan informasi tentang struktur kristal sampel, dan kadang-kadang bahkan pada konfigurasi molekul individu.
Laser femtosecond juga dipasang di ruangan. Ini mampu menghasilkan pulsa laser yang sangat pendek (100 femtoseconds - satu sepuluh triliun detik) dengan kekuatan besar. Sebagai hasilnya, kami mendapat kesempatan untuk mempelajari efek optik nonlinier: generasi frekuensi ganda dan fenomena mendasar lainnya yang tidak dapat dicapai dalam kondisi alam.
Cryostat kami juga ada di laboratorium. Ini memungkinkan pengukuran optik dengan sumber yang sama, tetapi pada suhu rendah hingga tujuh Kelvin, yaitu sekitar -266 ° C.
Dalam kondisi seperti itu, sejumlah fenomena unik dapat diamati, khususnya, mode kopling cahaya yang kuat dengan materi, ketika sebuah foton dan sebuah exciton (pasangan lubang elektron) membentuk partikel tunggal - sebuah exciton-polariton. Polariton memiliki prospek besar di bidang komputasi kuantum dan perangkat dengan efek nonlinier yang kuat.
Dalam foto: mikroskop probe INTEGRADi ruang terakhir laboratorium, kami menempatkan perangkat diagnostik kami -
mikroskop elektron pemindaian dan
mikroskop probe pemindaian . Yang pertama memungkinkan Anda untuk mendapatkan gambar permukaan suatu objek dengan resolusi spasial tinggi dan untuk menyelidiki komposisi, struktur dan sifat-sifat lain dari lapisan permukaan setiap bahan. Untuk melakukan ini, ia memindai mereka dengan sorotan elektron terfokus yang disebarkan oleh tegangan tinggi.
Mikroskop probe pemindaian melakukan hal yang sama dengan probe yang memindai permukaan sampel. Dalam hal ini, dimungkinkan untuk secara simultan mendapatkan informasi tentang "lanskap" permukaan sampel dan tentang sifat-sifat lokalnya, misalnya, potensi listrik dan magnetisasi.
Dalam foto: pemindaian mikroskop elektron S50 (EDAX)Instrumen ini membantu kami mengkarakterisasi sampel untuk studi optik lebih lanjut.
Proyek dan rencana
Salah satu proyek utama laboratorium adalah
studi tentang keadaan hibrid cahaya dan materi dalam bahan kuantum - polariton exciton yang telah disebutkan di atas. Seorang megagran dari Kementerian Pendidikan dan Sains Federasi Rusia mengabdikan diri pada topik-topik ini. Proyek ini dipimpin oleh seorang ilmuwan terkemuka dari Universitas Sheffield, Maurice Shkolnik. Pekerjaan eksperimental pada proyek ini dilakukan oleh Anton Samusev, dan bagian teoretis dipimpin oleh profesor Fakultas Fisika dan Teknologi Ivan Shelykh.
Staf laboratorium juga mencari cara untuk mengirimkan informasi menggunakan soliton. Soliton adalah gelombang yang tidak terpengaruh oleh dispersi. Karena itu, sinyal yang ditransmisikan menggunakan soliton tidak "kabur" saat merambat, yang memungkinkan kecepatan dan jangkauan transmisi ditingkatkan.
Pada awal 2018, para ilmuwan dari Universitas kami dan rekan-rekan dari universitas di Vladimir
menyajikan model laser terahertz solid-state. Keunikan dari perkembangan ini adalah bahwa radiasi terahertz tidak "tertunda" oleh benda-benda yang terbuat dari kayu, plastik dan keramik. Karena properti ini, laser akan digunakan di area inspeksi penumpang dan bagasi untuk pencarian cepat benda logam. Bidang penerapan lainnya adalah pemulihan karya seni kuno. Sistem optik akan membantu untuk mendapatkan gambar yang tersembunyi di bawah lapisan cat atau keramik.
Rencana kami adalah melengkapi laboratorium dengan peralatan baru untuk melakukan studi yang lebih kompleks. Misalnya, untuk membeli laser femtosecond yang dapat diremajakan, yang secara signifikan akan memperluas jangkauan material yang sedang dipelajari. Ini akan membantu dalam tugas-tugas yang terkait dengan
pengembangan chip kuantum untuk sistem komputasi generasi mendatang.
Bagaimana Universitas ITMO bekerja dan bagaimana kehidupannya: