Technologia zaginania światła zmniejsza kilometrowy system promieniowania do skali milimetrowej

ten DESY akcelerator w Hamburgu, Niemcy, ciągnie się kilometrami, aby pomieścić cząstkę wykonującą kilometrowe okrążenia z prędkością bliską prędkości światła. Teraz naukowcy zmniejszyli takie urządzenie do rozmiarów chipa komputerowego.

Zespół Uniwersytetu Michigan we współpracy z Uniwersytetem Purdue stworzył nowe urządzenie, które nadal dostosowuje prędkość po torach kołowych, ale do wytwarzania światła o niższych częstotliwościach w zakresie terahercowym do zastosowań, takich jak identyfikacja fałszywych banknotów dolarowych lub rozróżnianie tkanki nowotworowej od zdrowej.

“Aby uzyskać zakrzywienie światła, musisz wyrzeźbić każdy fragment wiązki światła o określonej intensywności i fazie, i teraz możemy to zrobić w sposób niezwykle chirurgiczny,” powiedział Roberto Merlina, Petera A. Franken profesor kolegialny fizyki.

Praca została opublikowana w czasopiśmie Science. Ostatecznie, urządzenie to można wygodnie przystosować do chipa komputerowego.

“Im więcej mamy źródeł terahercowych, lepiej. To nowe źródło jest również wyjątkowo wydajne, nie mówiąc już o tym, że jest to masywny system stworzony w skali milimetrowej,” powiedział Wład Szałajew, Bob i Anne Burnett z Purdue, wybitni profesorowie ds Inżynieria elektryczna i komputerowa.

Nowe urządzenie zagina światło widzialne wewnątrz kryształu, aby je wytworzyć “synchrotron” promieniowanie (niebieski i zielony) poprzez przyspieszający impuls świetlny (czerwony) na skalę tysiąckrotnie mniejszą niż masowe obiekty na całym świecie. (Zdjęcie Uniwersytetu Michigan/Meredith Henstridge)Pobierz obraz

Urządzenie zbudowane przez badaczy z Michigan i Purdue generuje tzw “synchrotron” promieniowanie, czyli energia elektromagnetyczna wydzielana przez naładowane cząstki, takie jak elektrony i jony, które poruszają się z prędkością bliską prędkości światła, gdy pola magnetyczne zaginają swoje ścieżki.

Kilka obiektów na całym świecie, jak DESY, generować promieniowanie synchrotronowe do badania szerokiego zakresu problemów, od biologii po inżynierię materiałową.

Jednak wcześniejsze próby zaginania światła tak, aby podążało po torze kołowym, przyniosły skutek w postaci soczewek lub przestrzennych modulatorów światła, które były zbyt nieporęczne dla technologii wbudowanej w chip.

Zespół kierowany przez Merlina i Meredith Henstridge, obecnie pracownik naukowy ze stopniem doktora w Instytucie Struktury i Dynamiki Materii Maxa Plancka, zastąpiłem te bardziej masywne formy około 10 milion maleńkich antenek wydrukowanych na krysztale litowo-tantalitu, nazywano go “metapowierzchnia,” zaprojektowany przez zespół Michigan Antoni Grybic i zbudowany przez badaczy Purdue.

Naukowcy wykorzystali laser do wytworzenia impulsu światła widzialnego, który trwa jedną bilionową sekundy. Układ anten powoduje, że impuls świetlny przyspiesza po zakrzywionej trajektorii wewnątrz kryształu.

Zamiast naładowanej cząstki wirującej spiralnie kilometrami, impuls świetlny wypierał elektrony z ich położeń równowagi, tworząc “momenty dipolowe.” Te momenty dipolowe przyspieszały wzdłuż zakrzywionej trajektorii impulsu świetlnego, co skutkuje znacznie wydajniejszą emisją promieniowania synchrotronowego w zakresie terahercowym.

“To nie jest jeszcze budowane dla chipa komputerowego, jednak praca ta pokazuje, że promieniowanie synchrotronowe mogłoby ostatecznie pomóc w opracowaniu wbudowanych w chip źródeł terahercowych,” – powiedział Szałajew.

Źródło: www.purdue.edu, autorstwa Kayli Wiles