Light-bending tech krimpt kilometer lange straling systeem op schaal millimeter

De DESY acceleratiefabriek in Hamburg, Duitsland, gaat op voor mijl naar een deeltje gastheer maken kilometer lang rondjes op bijna de snelheid van het licht. Nu hebben de onderzoekers een dergelijke faciliteit gekrompen tot de grootte van een computerchip.

Een Universiteit van Michigan team in samenwerking met Purdue University een nieuwe inrichting die nog geschikt snelheid langs cirkelbanen, maar voor het produceren van lagere lichtfrequenties in het terahertz bereik van toepassingen zoals het identificeren van vervalste dollarbiljetten of onderscheid tussen kanker- en gezond weefsel.

“Om licht te krijgen om curve, u elk stuk van de lichtbundel vormgeven aan een bepaalde intensiteit en fase, en nu kunnen we dit doen in een uiterst chirurgische manier,” zei Roberto Merlin, de Universiteit van Michigan-speler Peter A. Franken Collegiale Professor in de Natuurkunde.

Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Science. tenslotte, Dit apparaat kan gemakkelijk worden aangepast voor een computerchip.

“Hoe meer terahertz bronnen hebben wij, des te beter. Deze nieuwe bron is ook uitzonderlijk efficiënter, laat staan ​​dat het een enorme systeem gecreëerd op de millimeter schaal,” zei Vlad Shalaev, Purdue's Bob en Anne Burnett Distinguished Professor Electrical and Computer Engineering.

Nieuwe apparatuur buigt zichtbaar licht binnen een kristal te produceren “synchrotron” bestraling (blauw en groen) via een versnellende lichtpuls (rood) op een schaal duizend keer kleiner dan de enorme faciliteiten over de hele wereld. (Universiteit image Michigan van / Meredith Henstridge)Download afbeelding

Het apparaat dat Michigan en Purdue onderzoekers ingebouwde genereert zogenaamde “synchrotron” bestraling, die elektromagnetische energie wordt afgegeven door geladen deeltjes, zoals elektronen en ionen, die bewegen dicht bij de lichtsnelheid wanneer magnetische velden spannen hun paden.

Diverse faciliteiten over de hele wereld, zoals DESY, genereren synchrotronstraling om een ​​breed scala aan problemen te bestuderen van de biologie van de materiaalwetenschap.

Maar het verleden pogingen om licht af te buigen naar een cirkelvormige baan te volgen zijn gekomen in de vorm van lenzen of ruimtelijke lichtmodulatoren te omvangrijk voor on-chip technologie.

Een team onder leiding van Merlin en Meredith Henstridge, nu een postdoctoraal onderzoeker aan het Max Planck Instituut voor de structuur en dynamiek van de materie, gesubstitueerde deze omvangrijker vormen met ongeveer 10 miljoen kleine antennes gedrukt op een lithium tantalite kristal, een zogenaamde “metasurface,” ontworpen door de Michigan team van Anthony Grbic en gebouwd door Purdue-onderzoekers.

De onderzoekers gebruikten een laser om een ​​puls zichtbaar licht die duurt 1000000000000 van een seconde te produceren. De array van antennes veroorzaakt dat de lichtpuls te versnellen langs een gebogen baan binnen het kristal.

In plaats van een geladen deeltje spiraal kilometers lange, de lichtpuls verplaatst elektronen uit hun evenwichtspositie te creëren “dipool momenten.” Deze dipoolmomenten versneld langs de gebogen baan van de lichtpuls, wat resulteert in de emissie van synchrotronstraling veel efficiënter in het traject terahertz.

“Dit wordt nog gebouwd voor een computerchip, maar dit werk toont aan dat synchrotronstraling uiteindelijk zou kunnen helpen bij de ontwikkeling van on-chip terahertz bronnen,” Shalaev zei.

Bron: www.purdue.edu, door Kayla Wiles