Jawatan Popular

Pilihan Editor - 2019

Mendapatkan cahaya dalam bentuk dengan metamaterial

Anonim

Menukar cahaya dari satu panjang gelombang (atau "warna") ke panjang gelombang yang lebih pendek, satu proses yang diperlukan untuk komunikasi yang cekap dan pembuatan maju, biasanya tidak cekap. Untuk menangani ketidakcekapan itu, pasukan membina struktur yang berlapis khusus dengan lubang logam kecil yang meningkatkan kecekapan penukaran cahaya dengan pesanan magnitud. Rongga juga boleh mengubah ciri-ciri lain (arah dan polarisasi) dari rasuk cahaya keluar.

iklan


Konsep baru yang dijelaskan dalam kajian boleh membuka pintu untuk laser maju untuk komunikasi optik dan pembuatan cekap. Ia juga boleh menyokong usaha untuk membuat komponen optik untuk pengkomputeran berkelajuan tinggi, telekomunikasi, kamera, dan pengkomputeran kuantum yang akan menyelesaikan masalah pengkomputeran yang kini sukar dikesan oleh superkomputer hari ini.

Konsep baru ini melibatkan tatasusunan nano-rongga optik yang disebut metamaterials, yang ditambah kepada semikonduktor berlapis tipis (heterostructures) untuk membolehkan pengantaraan cahaya yang cekap. "Kuantum kuantum" (heterostruktur semikonduktor yang dirancang yang mengikat zarah-zarah pengangkut - seperti elektron - untuk pergerakan dua dimensi dengan keadaan tenaga yang berbeza) digunakan untuk menukarkan satu warna cahaya laser kepada yang lain. Tetapi ia mencabar untuk menukar cahaya laser dengan cekap kerana peraturan mekanik kuantum yang tidak baik untuk peralihan elektronik ini. Sekarang, para penyelidik yang diketuai oleh Sandia National Laboratories telah membuat satu sistem yang pasangan secara berkesan memasuki dan keluar dari telaga kuarum semikonduktor. Sistem ini mencipta cahaya sengit di dalam telaga kuantum dan boleh direka untuk mengawal ciri-ciri sinar laser keluar. Dalam struktur baru ini, para saintis merancang nano-rongga berikut konsep metamaterials dan mengarang rongga di atas struktur semikonduktor.

Para saintis merancang nano-rongga berbentuk emas "C" untuk mempunyai frekuensi khusus "resonans" yang memaksa cahaya laser mematuhi peraturan yang dikenakan oleh peralihan elektronik. Apabila frekuensi resonans dibuat sama dengan tenaga peralihan antara subbandar, gandingan cahaya yang sangat cekap ke telaga kuantum dicapai dan cahaya pada dua kali frekuensi (satu proses yang dikenali sebagai generasi harmonik kedua) dijana di dalam kuantum kuantum. Kerana rongga juga direka untuk mempunyai resonans pada frekuensi baru, nano-rongga cekap memancar cahaya ke luar. Satu lagi ciri menarik nano-rongga ialah susunan mereka di permukaan membolehkan seseorang untuk menentukan bentuk pancaran laser keluar dan polarisasi. Ini membolehkan keupayaan baru untuk mengawal balok optik, mewujudkan fungsi baru. Reka bentuk nano-rongga dan pilihan "kuantum kuantum" membolehkan bentuk dan tenaga sewenang-wenang dari rasuk yang dihasilkan - merentasi kebanyakan spektrum inframerah yang boleh digunakan untuk pelbagai aplikasi.

Kerja-kerja ini disokong oleh Pejabat Sains Tenaga (DOE) Amerika Syarikat (Pejabat Sains Tenaga Asas) dan Pusat Nanoteknologi Bersepadu, Pejabat Kemudahan Jabatan Sains JAS.

iklan



Sumber Cerita:

Bahan yang disediakan oleh Jabatan Tenaga, Pejabat Sains . Nota: Kandungan mungkin diedit untuk gaya dan panjang.


Rujukan jurnal :

  1. Omri Wolf, Salvatore Campione, Alexander Benz, Arvind P. Ravikumar, Sheng Liu, Ting S. Luk, Emil A. Kadlec, Eric A. Shaner, John F. Klem, Michael B. Sinclair, Igal Brener. Sumber-sumber berperingkat yang berasaskan kepada nanokaviti metamaterial bukan linear . Komunikasi Alam, 2015; 6: 7667 DOI: 10.1038 / ncomms8667