Jump to content
Forum Kopalni Wiedzy
Sign in to follow this  
KopalniaWiedzy.pl

Plazmonowy laser pracuje w temperaturze pokojowej

Recommended Posts

Profesor Xiang Zhang z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley nie rzuca słów na wiatr. Przed dwoma laty wraz ze swoim zespołem połączył metalowe plazmonowe soczewki z "latającą głowicą" udoskonalając proces litograficzny i obiecał, że w ciągu 3-5 lat nowa technologia znajdzie komercyjne zastosowanie. Już rok później znacząco udoskonalił plazmonowy laser (spaser), dzięki czemu jest on w stanie wygenerować światło na przestrzeni zaledwie 5 nanometrów.

Teraz ze swoimi współpracownikami stworzył technikę, która pozwala plazmonowym laserom pracować w temperaturze pokojowej. Dotychczas wymagały one bardzo niskich temperatur, co uniemożliwiało ich praktyczne zastosowanie.

Lasery plazmonowe pozwalają na stworzenie bioczujników składających się z pojedynczej molekuły, fotonicznych obwodów scalonych czy bardzo wydajnych optycznych systemów komunikacyjnych, ale żeby to wszystko wyprodukować, musimy zmusić lasery do pracy w temperaturze pokojowej - mówił Zhang. Dotychczas lasery plazmonowe działały w komorach próżniowych i temperaturze 10 kelwinów, czyli około -263 stopni Celsjusza. W wyższych temperaturach światło takich laserów ulega dużemu rozproszeniu, co wymagało zwiększenia natężenia pozostałego światła, a to można było osiągnąć w niezwykle niskich temperaturach.

Zespół Zhanga postanowił skorzystać z ciekawego zjawiska, którego możemy doświadczyć w wielu budynkach (np. na Grand Central Terminal w Nowym Jorku). W przykrytych dachem owalnych pomieszczeniach dźwięk emitowany z jednego końca zostaje odbity i wędruje do drugiego końca, dzięki czemu bardzo oddalone osoby mogą rozmawiać tak, jakby stały obok siebie. Uczeni wykorzystali podobny pomysł do odbijania plazmonów. Na srebrze najpierw umieszczono 5-nanometrowej grubości warstwę fluorku magnezu, a na nią nałożono siarczek kadmu o grubości 45 nanometrów i długości 1 mikrometra. Dzięki takiej architekturze światło udało się wygenerować na przestrzeni 20 nanometrów, to 20-krotnie mniej niż długość jego fali, i wzmocnić aż 18-krotnie. Taki laser działa w temperaturze pokojowej i do pracy nie wymaga próżni.

Share this post


Link to post
Share on other sites

Create an account or sign in to comment

You need to be a member in order to leave a comment

Create an account

Sign up for a new account in our community. It's easy!

Register a new account

Sign in

Already have an account? Sign in here.

Sign In Now
Sign in to follow this  

  • Similar Content

    • By KopalniaWiedzy.pl
      Na Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley powstał grafenowy modulator optyczny. Jak mówią jego twórcy, potencjalnie takie urządzenie może pozwolić w przyszłości pobranie np. na smartfona całego filmu w ciągu kilkunastu sekund.
      Urządzenie jest dziełem zespołu pracującego pod kierunkiem profesora Xianga Zhanga. To najmniejszy na świecie modulator optyczny, a w komunikacji to właśnie modulatory decydują o prędkości przesyłu danych - stwierdził Zhang. Dzięki grafenowi możemy tworzyć niezwykle małe modulatory, pracujące z prędkością do 10 razy większą niż umożliwiają to współcześnie wykorzystywane urządzenia - dodaje uczony.
      Grafenowe modulatory powinny być bardzo tanie. Jak stwierdził Ming Liu, współautor badań, grafit zawarty z jednym tylko ołówku wystarczy do zbudowania miliarda modulatorów.
      Zespół Zhanga dostosował grafen do tego, by absorbował światło o długości fali wykorzystywanej w telekomunikacji. Zauważyli bowiem, że energia elektronów może być łatwo zmieniana za pomocą napięcia elektrycznego przykładanego do materiału. Zatem za pomocą energii elektrycznej można zdecydować, czy grafen zaabsorbuje światło czy też nie. Przy odpowiednim napięciu ujemnym elektrony opuszczają grafen i nie absorbuje on fotonów stając się dla nich całkowicie przezroczysty. Jest też przezroczysty przy pewnych wartościach dodatnich, gdyż wówczas elektrony stają się tak gęsto upakowane, że nie mogą absorbować fotonów.
      Naukowcy znaleźli optymalny punkt, w którym można przełączać grafen. Jeśli porównamy grafen do korytarza, a elektrony do ludzi, to gdy korytarz jest pusty, nie ma nikogo, kto byłby w stanie zatrzymać foton. Innym przypadkiem jest sytuacja, gdy w korytarzu jest tak dużo ludzi, że nie mogą się poruszać. Wówczas również nie mogą blokować fotonów. Gdzieś pośrodku znajduje się idealny punkt, w którym elektrony mogą absorbować fotony, a cały grafen jest dla nich półprzezroczysty - wyjaśnia Xiaobo Yin z zespołu badawczego.
      Podczas eksperymentów prototypowy modulator pracował z częstotliwością 1 GHz. Uczeni mówią, że teoretycznie można tę wartość zwiększyć do 500 GHz.
      Grafenowy modulator stwarza też szanse na zbudowanie komputerów optycznych. Światło pozwala na znacznie szybsze przetwarzanie danych niż elektrony, jednak problem stanowi długość fali, sporo większa niż wielkość pojedynczego elektronu. Dlatego też elektrony lepiej radzą sobie w ciasnych minaturowych układach elektronicznych, a światło używane jest tam, gdzie mamy do czynienia z dużymi przestrzeniami, np. w światłowodach.
      Grafenowy modulator pokonuje te przeszkody. Prototypowe urządzenie z Berkeley ma powierzchnię zaledwie 25 mikronów kwadratowych. Obecnie wykorzystywane modulatory liczą sobie po kilka milimetrów kwadratowych. Ponadto grafen może pracować z bardzo szerokim spektrum światła, od ultrafioletu po podczerwień.
      Grafenowe modulatory nie tylko oferują zwiększenie prędkości przetwarzania danych. Pozwalają też na upakowanie większej ich ilości w pojedynczym impulsie. W miejsce łączy szerokopasmowych będziemy mieli ‚łącza ekstremalne'. Grafenowy modulator to kolosalny krok naprzód nie tylko w elektronice konsumenckiej, ale wszędzie tam, gdzie napotykamy obecnie na ograniczenia w prędkości przesyłania danych, a więc np. w bioinformatyce czy meteorologii - mówi profesor Zhang i dodaje, że pierwsze grafenowe modulatory mogą trafić na rynek w ciągu najbliższych kilku lat.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Prace nad udoskonalaniem robotów nie zawsze muszą oznaczać, że urządzenia te zostają wyposażone w zdolności trudno dostępne nawet ludziom. Udowodnili to naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, który stworzyli robota... składającego ręczniki. Ta prosta dla człowieka czynność stanowiła dotychczas spore wyzwanie dla maszyn, które muszą rozpoznać niewidziany wcześniej obiekt i zdecydować, co należy z nim zrobić. Roboty od dziesięcioleci pracują np. w fabrykach samochodów, jednak mają tam do czynienia z dobrze sobie znanym, dokładnie kontrolowanym środowiskiem.
      Jednym z największych wyzwań dla urządzeń jest rozpoznawanie i manipulowanie obiektami, które łatwo podlegają deformacjom. Takim obiektem jest właśnie ręcznik - obiekt bardzo giętki o nieprzewidywalnym kształcie.
      Film, który można zobaczyć poniżej, prezentuje zdolności robota wykonanego przez firmę Willow Garage i wyposażonego w algorytmy, które powstały na UC Berkeley. To właśnie one są kluczem do sukcesu. Dzięki nim robot jest w stanie rozpoznać ręczniki - o różnym kolorze, z różnymi wzorami, wykonane z różnych materiałów i przybierające różne kształty - i odpowiednio nimi manipulować. To nie tylko olbrzymi krok w kierunku budowy robotów pomagających ludziom w domach. To niezwykle istotne osiągnięcie na polu robotyki w ogóle, gdyż umożliwi maszynom pracę z obiektami, z którymi wcześniej nie miały do czynienia.
      Profesor Pieter Abbeel i doktorant Jeremy Maitin-Shepard, którym pomagali studenci Marco Cusumano-Towner i Jinna Lei,  stworzyli nowy algorytm dla systemu optycznego rozpoznawania kształtów, dzięki któremu robot, posługując się tylko danymi geometrycznymi, jest w stanie zidentyfikować ręcznik. System pozwolił urządzeniu na pomyślne przejście wszystkich 50 prób z uprzednio niewidzianymi ręcznikami.
      Szczegóły nowego algorytmu zostaną zaprezentowane w maju podczas International Conference on Robotics and Automation 2010.
       
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley oraz Pennsylvania State University nie wykluczają, że znajdujemy się u progu kolejnego masowego wymierania gatunków. Dotychczas na Ziemi miało miejsce pięć takich wydarzeń. Do ostatniego doszło 68 milionów lat temu, gdy wyginęły dinozaury. Trzeba jednak zaznaczyć, że przewidywania uczonych obarczone są sporym marginesem błędu, gdyż nie jesteśmy w stanie dokładnie porównać życia na Ziemi w różnych okresach.
      Naukowcy porównali bioróżnorodność ssaków na terenie Ameryki Północnej z trzech okresów. Pierwszy to czas pomiędzy 500 a 40 000 lat temu, drugi 40 000 a 5 milionów, a trzeci 5 a 30 milionów lat. Dane uwzględniały wszystkie ssaki lądowe, oprócz nietoperzy.
      Z uzyskanych w ten sposób informacji wynika, że gdy przed 13 000 lat na kontynent północnoamerykański przybyli ludzie, rozpoczęła się masowa zagłada ssaków. Trwała ona przez 2000 lat. Pocieszający jest fakt, że w ciągu ostatnich 10 000 lat proces ten nie posunął się do przodu. Mieliśmy do czynienia z pewnym zjawiskiem, związanym z pojawieniem się ludzi przed 13 000 lat, ale mniej więcej od 10 000 lat sytuacja jest stabilna - mówi współautor badań, profesor Anthony Barnosky. Uważa on, że podobne zjawisko będzie można zauważyć w odniesieniu do Europy, na terenie której Homo sapiens pojawił się około 40 000 lat temu.
      Na tym jednak kończą się dobre wiadomości. Od mniej więcej 100 lat obserwujemy szybszą niż można by się spodziewać utratę bioróżnorodności. Obserwujemy znikanie podgatunków, a nawet kilku gatunków. Wygląda na to, że znowu rozpoczęło się wymieranie - stwierdza Barnoski. Jestem jednak optymistą, ponieważ nie straciliśmy wielu gatunków i jeśli zwiększymy nasze wysiłki na rzecz ich ochrony, przetrwają one w przyszłości - dodaje.
      Naukowcy stwierdzili, że gwałtowne zmiany klimatyczne z przeszłości, które były znacznie większe niż te zachodzące obecnie, nie wpłynęły negatywnie na bioróżnorodność ssaków. Dopiero pojawienie się człowieka prowadzi do ich wymierania, tym szybszego, że akurat kończyło się zlodowacenie i klimat się ocieplał. Obecnie mamy do czynienia z podobnymi zjawiskami. Liczba ludzi szybko rośnie i mamy do czynienia z ociepleniem.
      Uczeni sądzą, że przeanalizowanie podobnych danych dla innych gromad zwierząt i roślin pozwoli ujawnić więcej danych dotyczących przebiegu wymierania gatunków. Jednak przeprowadzenie takich analiz będzie trudniejsze, gdyż nie pozostawiają one po sobie tak wielu skamieniałości jak ssaki.
    • By KopalniaWiedzy.pl
      Dzięki pracom uczonych z Purdue University do słownika techniki wejdzie słowo "spaser". Termin ten powstał w 2003 roku na opisanie zjawiska "wzmacniania plazmonów powierzchniowych poprzez wymuszoną emisję promieniowania" (Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation).
      Spaser możemy uznać za rodzaj lasera, jednak jest urządzeniem tak małym, że równie niewielkiego lasera nie jesteśmy w stanie wybudować. Emituje on światło widzialne, a dzięki niewielkim rozmiarom możliwe będzie zintegrowanie go w układzie scalonym, co pozwoli na zbudowanie superszybkich komputerów wykorzystujących światło do przeprowadzania obliczeń, zaawansowanych czujników czy urządzeń do obrazowania.
      Spaser działa dzięki plazmonom powierzchniowym, czyli elektromagnetycznym falom powierzchniowym o polaryzacji typu p. Fale te rozprzestrzeniają się wzdłuż powierzchni styku dwóch materiałów, których stałe dielektryczne mają przeciwne znaki.
      Naukowcom udało się zaprzęgnąć te fale do stworzenia spasera. Dzięki temu zbudowali "nanolaser oparty na spaserze", który składał się ze sfer o średnicy 44 nanometrów.
      Spasery zawierały złoty rdzeń otoczony przez podobną do szkła powierzchnię, która była wypełniona zielonym barwnikiem. Po oświetleniu rdzenia, plazmony generowane przez złoto były wzmacniane przez barwnik, następnie konwertowano je na fotony i emitowano jak światło laserowe.
      Właśnie użycie plazmonów pozwoliło na stworzenie tak niewielkiego urządzenia. Tradycyjnych laserów nie można w nieskończoność pomniejszać, gdyż optyczny rezonator, konieczny do wzmocnienia fotonów, musi być wielkości co najmniej połowy długości fali emitowanego światła. Użycie plazmonów w miejsce fotonów pozwoliło na zastosowanie rezonatora wielkości 44 nanometrów, a więc kilkunastokrotnie mniejszego od 530-nanometrowej fali emitowanej przez spaser.
      W przyszłości naukowcy chcą generować plazmony za pomocą prądu elektrycznego, a nie światła, dzięki czemu umieszczenie spasera w układzie scalonym i jego wykorzystanie np. w komputerach będzie znacznie łatwiejsze.
      Prace te to ważny krok naprzód, który, dzięki zastosowaniu skali znacznie mniejszej niż długość fali światła widzialnego, może być początkiem rewolucji w nanofotonice - stwierdził Timothy D. Sands, dyrektor Birck Nanotechnology Center na Purdue Univeristy.
  • Recently Browsing   0 members

    No registered users viewing this page.

×
×
  • Create New...