كرات الذهب باعتبارها مرنان نانو

التكنولوجيا الجديدة تفتح الطريق لتصغير المكونات البصرية

الكرة الذهبية © SXC
قراءة بصوت عال

من أصغر مجالات الذهب ، طور الباحثون الآن مكونًا بصريًا يقل حجمه عن عشرة آلاف من المليمتر. يتم ضغط الضوء بين الخرز. مع مثل هذا المرنان النانوي ، يمكن أن يصبح ليزر مصغر بنفس الحجم من الحجم حقيقة واقعة ، وبالتالي تحقيق خطوة مهمة نحو الكمبيوتر البصري.

يحلم العلماء بأجهزة الكمبيوتر التي تستخدم الضوء بدلاً من الكهرباء لسنوات عديدة. الميزة واضحة: تتكون أشعة الضوء من فوتونات ، أي جسيمات بدون تهمة ، والتي لا تؤثر على بعضها البعض. إذا تداخل اثنان من أشعة الضوء ، فلا يوجد أي تعطيل للمعلومات المرسلة. يتم استخدام هذا بالفعل في نقل البيانات عالي السرعة في كابلات الألياف الضوئية ، حيث تقوم الإشارات الضوئية بترددات مختلفة بنقل البيانات المختلفة في وقت واحد في أقصر أقسام.

في أجهزة الكمبيوتر التقليدية ، من ناحية أخرى ، يتم استخدام الإلكترونات سالبة الشحنة لنقل المعلومات. ولكن يمكن أيضًا معالجة المعلومات بشكل أسرع باستخدام الضوء ، لأن أجهزة الكمبيوتر الضوئية لا يمكنها فقط نقل كميات كبيرة من البيانات المختلفة في وقت واحد ، ولكن يمكن أيضًا معالجتها بشكل أسرع.

حدود التصغير من المكونات البصرية

مشكلة أساسية لم تحل بعد. يتطلب توليد موجات الضوء ونقلها ومعالجتها بالطريقة الكلاسيكية ، على سبيل المثال في الألياف الزجاجية ، هياكل لا يقل حجمها عن نصف طول موجة الضوء نفسه على الأقل ، وبالنسبة للضوء المرئي فإن هذا يبلغ عدة مئات من النانومتر. للمقارنة ، حتى مسارات دارات الكمبيوتر اليوم أضيق عشر مرات. من أجل تحقيق التصغير المقارن في أجهزة الكمبيوتر الخفيفة ، لذلك هناك حاجة إلى مفاهيم جديدة. النقطة المركزية هي تطوير مكونات بصرية صغيرة للغاية على مقياس نانومتر.

اتخذ الآن خطوة مهمة من قبل باحثين من جامعة لودفيغ ماكسيميليان (LMU) في ميونيخ في قسم الضوئيات والإلكترونيات الضوئية للأستاذ يوشين فيلدمان بالتعاون مع شركة روش دياجنوستيكس. كان فيلدمان وزملاؤه الباحثون أول من طور المكون الأكثر أهمية لليزر ، المرنان البصري ، على مقياس نانومتر. يوضح فيلدمان نتائج البحث المنشورة الآن في مجلة "Physical Review Letters": "هذه المكونات النانوية ، التي هي في الواقع صغيرة جدًا بالنسبة للضوء ، هي شرط أساسي مهم لأجهزة الكمبيوتر التي تعتمد على شرائح ، والتي يجب أن تكون قادرة على الاعتماد على الضوء". عرض

كرات الذهب كما لبنات البناء

استخدم العلماء الحيل "الكيميائية الحيوية" بطريقة غير تقليدية - وبنجاح. في مرنان بصري ، ينعكس الضوء ذهابًا وإيابًا بين مرآتين لتوفير التضخيم. المسافة بين المرآتين حاسمة. يجب أن يكون مضاعف نصف طول الموجة الضوئية. أبعاد مرنان الرواية التي طورها علماء ميونيخ أصغر بكثير. وهو يتألف من جزيئات ذهب كروية تقريبًا 40 نانومترًا ، والتي تشكل أزواجًا على مسافة بضعة نانومترات - ما يطلق عليه اسم dimers - وترتبط بجزيئات صبغة الفلورسنت.

الاهتزازات المزدوجة

المبدأ المادي وراء ذلك: يمكن تحمس جسيم واحد من الذهب لاهتزاز الإلكترونات. ولكن إذا تشكلت ما يسمى ديمر مع جسيم آخر ، تحدث ظاهرتان جديدتان من خلال اقتران تذبذبات الإلكترون المسمى "plasmon": من ناحية ، هناك كمية هائلة من المتراكمة في الفضاء بين الجسيمات زيادة في قوة المجال الكهربائي ، وبالتالي كثافة مضان من Farbstoffmolek ls. من ناحية أخرى ، يمكن تغيير تردد الرنين من خلال مسافة الجزيئات على مدى تردد كبير. وبالتالي ، فإن dimer الجسيمات النانوية يشبه مرنان تجويف ، والذي يستخدم في أشعة الليزر التقليدية ويمكن تنظيمها عن طريق مسافة المرآة.

من خلال قياس إشعاع التألق ، تمكن العلماء المتمركزون في ميونيخ من إثبات أن هذه الثنائيات تظهر أيضًا مثل هذا السلوك الاستثنائي للرنين عند أطوال موجية خفيفة تتراوح بين 550 و 700 نانومتر. لقد تم بالفعل تقديم نموذج حسابي للتفسير النظري لنتائجهم من قبل الباحثين.

(جامعة ميونيخ ، 28.05.2008 - NPO)