跳到内容 跳到导航

Research & Ideas

站内搜索

CQ9电子游戏的科学家缓慢和转向光谐振纳米天线

研究人员已塑成的超薄硅纳米天线陷阱和重定向光,用于在量子计算,激光雷达和病毒甚至检测应用程序。

An artist rendering of a high-Q metasurface beamsplitter

一个艺术家渲染高Q超颖分光镜|通过莱利一个图像。 suhar

光是出了名快。

它的速度是快速信息交换是至关重要的,但通过材料的光拉链,其相互作用和令人兴奋的原子和分子的机会可能会变得非常小。如果科学家可以把刹车轻粒子,或光子,它会打开大门的新技术应用的主机。

现在,在 发表在译者: 17,在 自然纳米技术, CQ9电子游戏的科学家展示了新的途径,以慢光显著,很像一个回音室持有到声音,随意指挥它。研究人员在实验室 珍妮弗·迪翁材料科学与工程副教授在CQ9电子游戏,结构超薄硅芯片到纳米尺度酒吧共振光陷阱,然后释放或更高版本重定向它。这些“高品质因子”或“高Q”的谐振器可能导致操纵和利用光,包括量子计算,虚拟现实和增强现实的新应用的新颖的方式;光基于WiFi;甚至检测像SARS-COV-2病毒。

“我们主要是想诱使光在一个很小的盒子,还允许光来,从许多不同的方向走,说:”博士后研究人员 马克·劳伦斯,谁也是论文的第一作者。 “这很容易捕获光与许多侧的箱型,但不是那么容易,如果双方是透明的 - 如许多基于硅的应用程序的情况下”

品牌和制造

才可以操纵光,谐振器需要被制造,而且带来了一些挑战。

该装置的中心部件是一个非常薄的硅层,其陷阱非常有效的光并具有在光科学家希望控制近红外,频谱低的吸收。硅休止符透明材料(蓝宝石,在这种情况下)的晶片到其中的研究人员直接用电子显微镜“笔”的顶上以蚀刻它们的纳米天线图案。图案必须被绘制尽可能顺利,因为这些天线用作在回声室类比的壁,和缺陷抑制光捕获能力。

“高Q值谐振需要非常光滑的侧壁,不允许光线泄漏出来的创造,说:”迪翁,谁也是研究平台/共用设施的高级助理副教务长。 “可具有较大的微米尺度的结构相当的技术实现的,但与使光散射多个纳米结构非常具有挑战性。”

图案设计在创造高Q值的纳米结构的重要作用。 “在计算机上,我可以绘制超平滑线和任何给定的几何形状的块,但在制造是有限的,”劳伦斯说。 “最终,我们必须找到了良好的光捕获性能,而且是现有的制造方法领域内的设计。”

高品质(因数)的应用

与设计修补已造成什么迪翁和劳伦斯形容为一个重要的平台技术与众多的实际应用。

设备证实所谓质量因素高达2500,这是幅度(或100倍)比任何类似的设备先前已达到高两个数量级。品质因素是说明共振行为,在这种情况下正比于光的寿命的量度。 “通过在数以千计的实现质量的因素,我们已经从一些非常令人兴奋的技术应用一个不错的甜蜜点,说:”迪翁。

例如,生物感测。单个生物分子是如此之小,它本质上是不可见的。但通过的光通过分子数百或数千次能大大提高创建可见的散射效果的机会。

迪翁的实验室正在研究将该技术应用于检测covid-19抗原 - 触发的免疫应答的分子 - 和抗体 - 免疫系统响应产生的蛋白质。 “我们的技术会给像医生和临床医师的光读出被看惯了,说:”迪翁。 “但我们有机会来检测单个病毒或非常低的浓度由于强光分子相互作用的抗体群众的。”高Q nanoresonators的设计还允许每个天线独立地操作以同时检测不同类型的抗体。

虽然大流行促使她在病毒检测的兴趣,迪翁也激发了其他应用程序,如激光雷达 - 或光探测和测距,这往往是自驾车车辆使用基于激光的距离测量技术 - 这种新的技术可能有助于至。 “几年前,我无法想象的巨大的应用空间,这一工作将在触摸,说:”迪翁。 “对我来说,这个项目加强了基础研究的重要性 - 你不能总是预测,其中基础科学是要去还是什么它会导致,但它可以为未来的挑战提供重要的解决方案。”

这种创新也可以在量子科学有用的。例如,分裂光子创建保持在一个量子级连接,即使天各一方通常需要与大贵精密研磨结晶大桌面光学实验纠缠光子。 “如果我们能做到这一点,但用我们的纳米结构的控制和形状纠缠光,也许有一天,我们将有一个纠缠发电机,你可以在你的手不放,”劳伦斯说。 “与我们的结果,我们在新的科学,现在是可以实现的,但也试图推动什么是可能的极限兴奋的样子。”

另外CQ9电子游戏共同作者包括研究生戴维·巴顿III和杰斐逊迪克森罗素,副研究员郑焕歌曲,以往的研究中科学家jorik范·德·GROEP,和马克·布龙格什马,材料科学和工程教授。这项工作是由美国能源部,EFRC,“光子学在热力学极限”,以及由空军科学研究局资助。