Atsirado mažiausia pasaulyje šviesą sulaikanti silicio ertmė: savaiminis susijungimas atominiu lygiu sukuria kvantinius šviesos šaltinius

Pagrindinis kvantinės optikos ir fotonikos tikslas yra padidinti šviesos ir materijos sąveikos stiprumą, kad būtų sukurti geresni fotodetektoriai arba kvantiniai šviesos šaltiniai.
Geriausias būdas tai padaryti yra naudoti optinius rezonatorius, kurie ilgą laiką kaupia šviesą, kad jų sąveika su medžiaga taptų stipresnė. Jei rezonatorius taip pat yra labai kompaktiškas, suspaudžiantis šviesą į labai mažą erdvės sritį, sąveika dar labiau sustiprinama. Tobulame rezonatoriuje atomo dydžio sritis gali saugoti šviesą ilgą laiką.
Rezonatoriaus miniatiūrizacijos iššūkis
Dešimtmečius inžinieriai ir fizikai kovojo su problema, kaip sukurti mažus optinius rezonatorius neprarandant jų našumo, panašiai kaip turi būti sukonstruoti maži puslaidininkiniai įtaisai. Puslaidininkių pramonės gairėse ateinantiems 15 metų numatoma, kad mažiausias galimas puslaidininkių struktūros plotis bus ne mažesnis kaip 8 nm, o tai yra dešimčių atomų plotis.
Aprašytos savarankiškai surinktos ertmės gali būti integruotos į didesnius savarankiškai surinktus mazgus, skirtus šviesai nukreipti aplink optinį lustą. Paveikslėlyje parodyta optinė ertmė, įterpta į grandinę, kurioje yra keli savarankiškai surinkti komponentai.
Naujas požiūris įveikia ekstremalias sąlygas
Praėjusiais metais DTU Electro docentas S?ren Stobbe ir jo kolegos paskelbė naują straipsnį žurnale „Nature“, kuriame demonstravo 8 nm ertmes, tačiau dabar jie pasiūlė ir pademonstravo naują metodą, kaip sukurti savarankiškai surinktas ertmes su oro tuštumais. kelių atomų mastelis. Jų darbe „Savaime susidarančios fotoninės ertmės su atominio masto apribojimais“ išsamiai aprašomos išvados, paskelbtos gruodžio 6 d. „Nature“ numeryje.
Šio eksperimento metu dvi silicio struktūros pusės buvo „pakabintos“ ant spyruoklės, o pirmajame etape silicio įtaisas buvo tvirtai pritvirtintas prie stiklo sluoksnio. Įrenginys buvo pagamintas naudojant įprastą puslaidininkių technologiją, todėl atstumas tarp dviejų pusių buvo tik kelios dešimtys nanometrų. Kai stiklas buvo pasirinktinai išgraviruotas, konstrukcija atsilaisvina ir dabar ji tiesiog palaikoma spyruokle.
Kadangi dvi dalys yra glaudžiai susijusios, dėl paviršiaus jėgų jos pritraukia viena kitą. Rezultatas yra savarankiškai surinktas rezonatorius su silicio veidrodžiais, supančiais peteliškės formos spragas atominėje skalėje, kuris buvo sukurtas kruopščiai parengiant silicio struktūros struktūrą.
Tyrėjai vis dar toli nuo visiškai savarankiškai konstruojančios grandinės. Tačiau jiems pavyko sujungti du metodus, kurie iki šiol keliavo lygiagrečiais takeliais, kad sukurtų silicio rezonatorių, kuris anksčiau niekada nebuvo miniatiūrinis.
Silicio pagrindu pagamintų puslaidininkių technologijos pažanga tapo įmanoma dėl vieno konkretaus metodo, žinomo kaip „metodas iš viršaus į apačią“. Kitas metodas yra žinomas kaip „iš apačios į viršų“ technologija: bandymas priversti nanotechnologines sistemas surinkti pačios. Jų tyrimų raktas yra šių dviejų metodų derinimas.
Tyrimas parodo perspektyvią techniką, leidžiančią susieti du nanotechnologijų metodus, naudojant naujos kartos gamybos metodus, kurie sujungia savaiminio surinkimo suteikiamą atominį dydį su įprastai gaminamų puslaidininkių mastelio keitimu.
Sukurdami fotonines ertmes, mokslininkai sugebėjo apriboti fotonus į tokius mažus oro tarpus, kad jų nebuvo galima tiksliai išmatuoti net naudojant perdavimo elektronų mikroskopą. Tačiau mažiausias, kurį jie sukūrė, buvo tik 1-3 silicio atomo dydžio, o tai pasiekė naują rekordą mažo tūrio šviesą gaudančių silicio ertmių srityje.
Mums nereikia vėliau rasti šių ertmių ir įterpti jų į kitą lusto architektūrą", – sakė Stobbe. Tai taip pat neįmanoma, nes ji tokia maža. Kitaip tariant, mes statome kažką tokio mastelio, kaip įterptas atomas. į makroskopinę grandinę. Labai džiaugiamės šia nauja tyrimų kryptimi ir laukia daug darbo."