Skupianie wiązki w skali nano

Skupianie wiązki w skali nano

Inżynierowie z Caltech i Uniwersytetu Berkley opracowali falowód, który jest w stanie skupiać wiązkę światła do plamki o średnicy kilku nanometrów. W ten sposób pokonali ograniczenia dyfrakcyjne, które nie pozwalają na skupienie światła w plamce mniejszej niż długość fali, jaką jest. Ten przełom może zrewolucjonizować optoelektronikę, komunikację oraz metody przetwarzania obrazu.

Światło może przenosić dane bardziej efektywnie niż impulsy elektryczne w przewodach. Kodowanie danych w optycznych impulsach pozwala zwiększyć szybkość wykonywania logiki przy mniejszym zużyciu energii. Takie wyniki nie są możliwe w przypadku technologii półprzewodnikowej.

Jednym ze sposób koncentracji światła na przestrzeniach mniejszych niż długość fali światła, jest jego spowolnienie. Istnieje szereg technik umożliwiających to, dzięki manipulacji stałą dielektryczną materiału. Można do tego wykorzystać kondensat Bosego-Einsteina, jednak jest to niezbyt praktyczne.

Naukowcy użyli do tego celu plazmy. Kiedy foton współgra z oscylacjami elektronu plazmy na powierzchni metalu, tworzony jest polarition plazmonowy (SPP). Ma on taką samą częstotliwość oscylacji jak foton, lecz porusza się po powierzchni materiału o wole wolniej, dając długość fali znacznie mniejszą niż foton.

Nowa struktura falowodu ma kształt stożka ze szkła krzemionkowego, pokrytego cienką warstwą złota. Urządzenie transformuje światło w zbiór polaritionów plazmonowych, koncentrując je na bardzo małej powierzchni. Gęstość energii na niej ma wartość do tysiąca razy większą niż światło w warunkach standardowych.

Światło jest przesyłane przez falowód, dzięki temu, że fotony oddziałują z elektronami na styku złoto-dwutlenek krzemu. Fale SPP są ze swojej natury bliższe falom dźwiękowym niż świetlnym. Jednak dziedziczą po fotonach wiele właściwości – nawet splątanie kwantowe. Tzw. nanofocusing może zostać zaimplementowany na chipie półprzewodnikowym.

Oczywistym zastosowaniem nowej technologii jest zwiększenie rozdzielczości mikroskopu elektronowego z 20nm aż do 5nm. Jednak bardzo ciekawym może być także zapis magnetyczny przy użyciu ciepła.

Dyski twarde przechowują dane w dyskach magnetycznych, których bieguny mogą być przełączane w zależności od pola magnetycznego. Jednak ograniczaniem staje się tutaj wielkość obszaru, na który można oddziaływać bez fałszywych operacji na danych. Obecne dyski dysponują gęstością danych na poziomie 155 gigabitów na centymetr kwadratowy. Nowa technologia (HAMR), wykorzystująca nanofocusing pozwoli zwiększyć ją do 4 gigabitów na centymetr kwadratowy.

To tylko niektóre możliwości przełomowego odkrycia amerykańskich naukowców. Z pewnością już niedługo usłyszymy o nowych pomysłach.

(rr)