HomeTechnology NewsSci-Techநானோ கட்டமைப்பு மனித முடியை விட 10,000 மடங்கு மெல்லிய ஒளியை அழுத்துகிறது

நானோ கட்டமைப்பு மனித முடியை விட 10,000 மடங்கு மெல்லிய ஒளியை அழுத்துகிறது


புதிய போவ்டி அமைப்பு

புதிய போடி கட்டமைப்பின் விளக்கம், இது படத்தின் நடுவில் காணப்படுகிறது. போவ்டி அமைப்பு ஒளியை இடஞ்சார்ந்த முறையில் சுருக்குகிறது, மேலும் அதைச் சுற்றியுள்ள நானோ கட்டமைப்புகள் அதை தற்காலிகமாக சேமிக்கின்றன. இதன் விளைவாக இன்றுவரை மிகச்சிறிய அளவில் ஒளியின் சுருக்கம் – ஒரு மின்கடத்தா பொருளில் உள்ள உலகின் மிகச்சிறிய ஃபோட்டான். கடன்: DTU

இந்த பெரிய அறிவியல் முன்னேற்றமானது ஆற்றல்-திறனுள்ள கணினிகள் மற்றும் குவாண்டம் தொழில்நுட்பம் உட்பட பல துறைகளில் தாக்கங்களைக் கொண்டுள்ளது.

சமீப காலம் வரை, இயற்பியலாளர்கள் ஒளியை உறிஞ்சும் உலோக நானோ துகள்களைப் பயன்படுத்துவதைத் தவிர, டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் வரம்பு என்று அழைக்கப்படுவதற்குக் கீழே ஒளியைச் சுருக்குவது சாத்தியமில்லை என்று பரவலாக நம்பினர். இதன் விளைவாக, சிலிக்கான் போன்ற மின்கடத்தாப் பொருட்களில் ஒளியை அழுத்துவது சாத்தியமற்றதாகத் தோன்றியது, அவை தகவல் தொழில்நுட்பங்களுக்கு அவசியமானவை மற்றும் ஒளியை உறிஞ்சாத குறிப்பிடத்தக்க நன்மையைக் கொண்டுள்ளன. சுவாரஸ்யமாக, 2006 ஆம் ஆண்டில் மின்கடத்தா வரம்புகளுக்கு டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் வரம்பு பொருந்தாது என்று கோட்பாட்டளவில் காட்டப்பட்டது. இருப்பினும், இதுவரை யாராலும் செய்ய முடியாத சிக்கலான நானோ தொழில்நுட்பம் தேவைப்படுவதால், உண்மையான உலகில் இதை யாராலும் நிரூபிக்க முடியவில்லை. தேவையான மின்கடத்தா நானோ கட்டமைப்புகளை உருவாக்க.

இருந்து ஒரு ஆய்வுக் குழு டென்மார்க்கின் தொழில்நுட்ப பல்கலைக்கழகம் டிஃப்ராஃப்ரக்ஷன் வரம்பை விட 12 மடங்கு சிறிய அளவில் ஒளியை வெற்றிகரமாக ஒருங்கிணைக்கும் “மின்கடத்தா நானோகேவிட்டி” எனப்படும் சாதனத்தை உருவாக்கியுள்ளது. இந்த கண்டுபிடிப்பு ஆப்டிகல் ஆராய்ச்சியில் புதுமையானது மற்றும் சமீபத்தில் இதழில் வெளியிடப்பட்டது

“Although computer calculations show that you can concentrate light at an infinitely small point, this only applies in theory. The actual results are limited by how small details can be made, for example, on a microchip,” says Marcus Albrechtsen, Ph.D.-student at DTU Electro and the first author of the new article.

Measurement of the World’s Smallest Photon

Measurement of the world’s smallest photon. a) Model of the nanocavity, where the calculated strength of the electric field is shown with the color scale. b) Magnification around the narrow strip of material in the bowtie structure in the center where photons are squeezed together. c) Measurement of the electric field that emerges when photons are sent into the cavity by shining it with a laser, i.e., a microscopic image of the world’s smallest photon. The white line shows the outline of the nanostructure for comparison. Credit: DTU

“We programmed our knowledge of real photonic nanotechnology and its current limitations into a computer. Then we asked the computer to find a pattern that collects the photons in an unprecedentedly small area – in an optical nanocavity – which we were also able to build in the laboratory.”

Optical nanocavities are structures that have been specially designed to retain light so that it does not travel normally but is tossed back and forth as if two mirrors were facing each other. The closer the mirrors are to one other, the more intense the light between them gets. For this experiment, the researchers created a bowtie structure, which is particularly effective in squeezing photons together due to its unique shape.

The diffraction limit

The theory of the diffraction limit describes that light cannot be focused to a volume smaller than half the wavelength in an optical system – for example, this applies to the resolution in microscopes.

However, nanostructures can consist of elements much smaller than the wavelength, which means that the diffraction limit is no longer a fundamental limit. Bowtie structures, in particular, can compress the light into very small volumes limited by the sizes of the bowtie and, thus, the quality of the nanofabrication.

When the light is compressed, it becomes more intense, enhancing interactions between light and materials such as atoms, molecules, and 2D materials.

Dielectric materials

Dielectric materials are electrically insulating. Glass, rubber, and plastic are examples of dielectric materials, and they contrast with metals, which are electrically conductive.

An example of a dielectric material is silicon, which is often used in electronics but also in photonics.

Interdisciplinary efforts and excellent methods

The nanocavity is made of silicon, the dielectric material on which most advanced modern technology is based. The material for the nanocavity was developed in cleanroom laboratories at DTU, and the patterns on which the cavity is based are optimized and designed using a unique method for topology optimization developed at DTU. Initially developed to design bridges and aircraft wings, it is now also used for nanophotonic structures.

“It required a great joint effort to achieve this breakthrough. It has only been possible because we have managed to combine world-leading research from several research groups at DTU,” says associate professor Søren Stobbe, who has led the research work.”

Important breakthrough for energy-efficient technology

The discovery could be decisive for developing revolutionary new technologies that may reduce the amount of energy-guzzling components in data centers, computers, telephones, etc.

The energy consumption for computers and data centers continues to grow, and there is a need for more sustainable chip architectures that use less energy. This can be achieved by replacing electrical circuits with optical components. The researchers’ vision is to use the same division of labor between light and electrons used for the Internet, where light is used for communication and electronics for data processing. The only difference is that both functionalities must be built into the same chip, which requires that the light be compressed to the same size as the electronic components. The breakthrough at DTU shows that it is, in fact, possible.

“There is no doubt that this is an important step to developing a more energy-efficient technology for, e.g., nanolasers for optical connections in data centers and future computers – but there is still a long way to go,” says Marcus Albrechtsen.

The researchers will now work further and refine methods and materials to find the optimal solution.

“Now that we have the theory and method in place, we will be able to make increasingly intense photons as the surrounding technology develops. I am convinced that this is just the first of a long series of major developments in physics and photonic nanotechnology centered around these principles,” says Søren Stobbe, who recently received the prestigious Consolidator Grant from the European Research Council of € 2 million for the development of a completely new type of light source based on the new cavities.

Reference: “Nanometer-scale photon confinement in topology-optimized dielectric cavities” by Marcus Albrechtsen, Babak Vosoughi Lahijani, Rasmus Ellebæk Christiansen, Vy Thi Hoang Nguyen, Laura Nevenka Casses, Søren Engelberth Hansen, Nicolas Stenger, Ole Sigmund, Henri Jansen, Jesper Mørk and Søren Stobbe, 21 October 2022, Nature Communications.
DOI: 10.1038/s41467-022-33874-w

The study was funded by the Villum Foundation Young Investigator Program, the Villum Foundation Experiment Program, the Danish National Research Foundation, the Independent Research Fund Denmark, and the Innovation Fund Denmark. 



Mr.Mario
Mr.Mario
I am a tech enthusiast, cinema lover, and news follower. and i loved to be stay updated with the latest tech trends and developments. With a passion for cyber security, I continuously seeks new knowledge and enjoys learning new things.

LEAVE A REPLY

Please enter your comment!
Please enter your name here

Must Read