Nanotechnology Now - Δελτίο Τύπου: Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Σικάγο εφευρίσκουν τον μικρότερο γνωστό τρόπο για να καθοδηγούν το φως: Οι 2D οπτικοί κυματοδηγοί θα μπορούσαν να οδηγήσουν σε νέα τεχνολογία

Αρχική > Τύπος > Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Σικάγο εφευρίσκουν τον μικρότερο γνωστό τρόπο για να καθοδηγούν το φως: Οι 2D οπτικοί κυματοδηγοί θα μπορούσαν να υποδεικνύουν το δρόμο για τη νέα τεχνολογία

Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο ανακάλυψαν ότι ένας γυάλινος κρύσταλλος με πάχος μόλις λίγων ατόμων μπορεί να παγιδεύσει και να μεταφέρει φως - και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές. Το υλικό είναι ορατό ως η λεπτή γραμμή στο κέντρο του πλαστικού, που κρατά ο συν-συγγραφέας της μελέτης Hanyu Hong. CREDIT Φωτογραφία Jean Lachat

Επιστήμονες στο Πανεπιστήμιο του Σικάγο ανακάλυψαν έναν γυάλινο κρύσταλλο με πάχος μόλις λίγων ατόμων που μπορεί να παγιδεύσει και να μεταφέρει φως - και θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για εφαρμογές. Το υλικό είναι ορατό ως η λεπτή γραμμή στο κέντρο του πλαστικού, που κρατά ο συν-συγγραφέας της μελέτης Hanyu Hong. ΠΙΣΤΩΣΗ
Φωτογραφία Jean Lachat

Περίληψη:
Η κατεύθυνση του φωτός από τόπο σε τόπο είναι η ραχοκοκαλιά του σύγχρονου κόσμου μας. Κάτω από τους ωκεανούς και σε όλες τις ηπείρους, τα καλώδια οπτικών ινών μεταφέρουν φως που κωδικοποιεί τα πάντα, από βίντεο YouTube έως τραπεζικές μεταδόσεις—όλα μέσα σε κλωστές μεγέθους περίπου μιας τρίχας.

Οι επιστήμονες του Πανεπιστημίου του Σικάγο εφευρίσκουν τον μικρότερο γνωστό τρόπο για να καθοδηγούν το φως: Οι 2D οπτικοί κυματοδηγοί θα μπορούσαν να υποδεικνύουν το δρόμο για τη νέα τεχνολογία

Σικάγο, IL | Δημοσιεύτηκε στις 11 Αυγούστου 2023

Ο καθηγητής Jiwoong Park του Πανεπιστημίου του Σικάγο, ωστόσο, αναρωτήθηκε τι θα συνέβαινε αν φτιάχνατε ακόμη πιο λεπτά και πιο επίπεδα νήματα — στην πραγματικότητα, τόσο λεπτά που στην πραγματικότητα είναι 2D αντί για 3D. Τι θα γινόταν με το φως;

Μέσα από μια σειρά καινοτόμων πειραμάτων, αυτός και η ομάδα του ανακάλυψαν ότι ένα φύλλο κρυστάλλου γυαλιού πάχους μόλις λίγων ατόμων μπορούσε να παγιδεύσει και να μεταφέρει φως. Όχι μόνο αυτό, αλλά ήταν εκπληκτικά αποτελεσματικό και μπορούσε να ταξιδέψει σχετικά μεγάλες αποστάσεις—μέχρι και ένα εκατοστό, κάτι που είναι πολύ μακριά στον κόσμο των υπολογιστών με βάση το φως.

Η έρευνα, που δημοσιεύτηκε στις 10 Αυγούστου στο Science, καταδεικνύει τι είναι ουσιαστικά 2D φωτονικά κυκλώματα και θα μπορούσε να ανοίξει δρόμους προς τη νέα τεχνολογία.

«Μας εξέπληξε τελείως το πόσο ισχυρός είναι αυτός ο εξαιρετικά λεπτός κρύσταλλος. όχι μόνο μπορεί να συγκρατήσει ενέργεια, αλλά να τη μεταφέρει χίλιες φορές πιο μακριά από ό,τι έχει δει κανείς σε παρόμοια συστήματα», δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης Jiwoong Park, καθηγητής και πρόεδρος χημείας και μέλος ΔΕΠ του Ινστιτούτου James Franck και της Σχολής Μοριακής Μηχανικής Pritzker. . "Το παγιδευμένο φως συμπεριφέρθηκε επίσης σαν να ταξιδεύει σε ένα 2D χώρο."

Το φως που με οδηγεί
Το νέο σύστημα που εφευρέθηκε είναι ένας τρόπος για την καθοδήγηση του φωτός - γνωστός ως κυματοδηγός - που είναι ουσιαστικά δισδιάστατος. Σε δοκιμές, οι ερευνητές βρήκαν ότι μπορούσαν να χρησιμοποιήσουν εξαιρετικά μικροσκοπικά πρίσματα, φακούς και διακόπτες για να καθοδηγήσουν την πορεία του φωτός κατά μήκος ενός τσιπ - όλα τα συστατικά για κυκλώματα και υπολογισμούς.

Φωτονικά κυκλώματα υπάρχουν ήδη, αλλά είναι πολύ μεγαλύτερα και τρισδιάστατα. Είναι πολύ σημαντικό, στους υπάρχοντες κυματοδηγούς, τα σωματίδια του φωτός - που ονομάζονται φωτόνια - ταξιδεύουν πάντα κλειστά μέσα στον κυματοδηγό.

Με αυτό το σύστημα, εξήγησαν οι επιστήμονες, ο κρύσταλλος του γυαλιού είναι στην πραγματικότητα πιο λεπτός από το ίδιο το φωτόνιο—έτσι μέρος του φωτονίου στην πραγματικότητα κολλάει έξω από τον κρύσταλλο καθώς ταξιδεύει.

Μοιάζει λίγο με τη διαφορά μεταξύ της κατασκευής ενός σωλήνα για να στείλετε βαλίτσες γύρω από ένα αεροδρόμιο, έναντι της τοποθέτησης τους πάνω σε έναν ιμάντα μεταφοράς. Με έναν μεταφορικό ιμάντα, οι βαλίτσες είναι ανοιχτές στον αέρα και μπορείτε εύκολα να τις δείτε και να τις προσαρμόσετε στη διαδρομή. Αυτή η προσέγγιση διευκολύνει πολύ την κατασκευή περίπλοκων συσκευών με γυάλινους κρυστάλλους, καθώς το φως μπορεί να μετακινηθεί εύκολα με φακούς ή πρίσματα.

Τα φωτόνια μπορούν επίσης να βιώσουν πληροφορίες σχετικά με τις συνθήκες στην πορεία. Σκεφτείτε να ελέγξετε τις βαλίτσες που έρχονται από το εξωτερικό για να δείτε αν χιονίζει έξω. Ομοίως, οι επιστήμονες μπορούν να φανταστούν τη χρήση αυτών των κυματοδηγών για την κατασκευή αισθητήρων σε μικροσκοπικό επίπεδο.

«Για παράδειγμα, ας πούμε ότι είχατε ένα δείγμα υγρού και θέλατε να αντιληφθείτε εάν υπήρχε ένα συγκεκριμένο μόριο», εξήγησε ο Παρκ. «Θα μπορούσατε να το σχεδιάσετε έτσι ώστε αυτός ο κυματοδηγός να ταξιδεύει μέσα στο δείγμα και η παρουσία αυτού του μορίου θα άλλαζε τον τρόπο συμπεριφοράς του φωτός».

Οι επιστήμονες ενδιαφέρονται επίσης για την κατασκευή πολύ λεπτών φωτονικών κυκλωμάτων που θα μπορούσαν να στοιβάζονται για να ενσωματώσουν πολλές περισσότερες μικροσκοπικές συσκευές στην ίδια περιοχή τσιπ. Ο κρύσταλλος γυαλιού που χρησιμοποίησαν σε αυτά τα πειράματα ήταν δισουλφίδιο του μολυβδαινίου, αλλά οι αρχές θα πρέπει να λειτουργούν για άλλα υλικά.

Αν και οι θεωρητικοί επιστήμονες είχαν προβλέψει ότι αυτή η συμπεριφορά θα έπρεπε να υπάρχει, στην πραγματικότητα η συνειδητοποίησή της στο εργαστήριο ήταν ένα ταξίδι πολλών ετών, είπαν οι επιστήμονες.

«Ήταν ένα πραγματικά προκλητικό αλλά ικανοποιητικό πρόβλημα, γιατί περπατούσαμε σε έναν εντελώς νέο τομέα. Έτσι, όλα όσα χρειαζόμασταν έπρεπε να επινοήσουμε μόνοι μας - από την ανάπτυξη του υλικού μέχρι τη μέτρηση του τρόπου με τον οποίο κινείται το φως», δήλωσε ο μεταπτυχιακός φοιτητής Hanyu Hong, ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας.

Ο Myungjae Lee (πρώην μεταδιδακτορικός ερευνητής στο UChicago, τώρα καθηγητής στο Εθνικό Πανεπιστήμιο της Σεούλ) ήταν ο άλλος πρώτος συν-συγγραφέας της εργασίας. Ο μεταδιδακτορικός ερευνητής Jaehyung Yu, η Fauzia Mujid (PhD'22, τώρα στο Ecolab) και οι μεταπτυχιακοί φοιτητές Andrew Ye και Ce Liang ήταν επίσης συγγραφείς της εργασίας.

Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν το Κέντρο Επιστήμης και Μηχανικής Έρευνας Υλικών του Πανεπιστημίου του Σικάγο, τις εγκαταστάσεις κατασκευής της εγκατάστασης Nanofabrication Facility Pritzker και το Cornell Center for Materials Research.

####

Για περισσότερες πληροφορίες, πατήστε εδώ

Επαφές:
Μέρεντιθ Ντέιβις
Πανεπιστήμιο του Σικάγου

Πνευματικά δικαιώματα © University of Chicago

Εάν έχετε ένα σχόλιο, παρακαλώ Επικοινωνία και εμείς με χαρά θα σας εξυπηρετήσουμε.

Οι εκδότες δελτίων ειδήσεων, όχι η 7th Wave, Inc. ή η Nanotechnology Now, είναι αποκλειστικά υπεύθυνες για την ακρίβεια του περιεχομένου.

Bookmark: