Zespół uczonych z Duńskiego Uniwersytetu Technicznego (DTU) stworzył urządzenie znane jako “dielektryczne nanowgłębienie”, które z powodzeniem skupia światło w objętości 12 razy mniejszej niż limit dyfrakcji. To przełomowe odkrycie, a jego opis można znaleźć w Nature Communications.
Chociaż obliczenia komputerowe pokazują, że można skupić światło w nieskończenie małym punkcie, ma to zastosowanie tylko w teorii. Rzeczywiste wyniki są ograniczone przez to, jak małe szczegóły można wykonać, na przykład na mikroczipie. Dr Marcus Albrechtsen z DTU Electro
Dielektryki faktycznie wyjątkowe
Nanogwgłębienia optyczne to struktury, które zaprojektowano do zatrzymywania światła tak, że nie podróżuje ono normalnie, ale przeskakuje tam i z powrotem, jakby dwa lustra były zwrócone do siebie. Im bliżej siebie są lustra, tym intensywniejsze staje się światło między nimi. Na potrzeby tego eksperymentu badacze stworzyli strukturę muszki (elementu ubioru), która ze względu na swój unikalny kształt jest szczególnie skuteczna w ściskaniu fotonów.
Zgodnie z teorią limitu dyfrakcji, w układzie optycznym nie można skupić światła do objętości mniejszej niż połowa długości fali – dotyczy to na przykład rozdzielczości w mikroskopach. Ale nanostruktury mogą składać się z elementów znacznie mniejszych niż długość fali, co oznacza, że limit dyfrakcyjny nie jest dla nich ograniczeniem. W szczególności struktury muszki mogą kompresować światło do bardzo małych objętości ograniczonych rozmiarami muszki, a tym samym jakością nanofabrykacji.
Czytaj też: To niezwykłe urządzenie z ciekłego metalu przetwarza ruch na prąd elektryczny – także pod wodą
Materiały dielektryczne są izolatorami, czyli materiałami, które słabo przewodzą prąd elektryczny. Szkło, guma i plastik są przykładami materiałów dielektrycznych i kontrastują z metalami, które są znane jako przewodniki. Najbardziej znanym materiałem dielektrycznym jest krzem, często stosowany w elektronice i fotonice.
Nanowgłębienia wykonano z krzemu, na którym opiera się większość zaawansowanych współczesnych technologii. W DTU opracowano metody optymalizacji topologii, które początkowo były wykorzystywane do projektowania mostów i skrzydeł samolotów, a obecnie są powszechne do tworzenia struktur fotonicznych. Odkrycie może mieć znaczenie dla rozwoju nowych technologii, mniej energochłonnych komponentów komputerów czy telefonów.
Nie ma wątpliwości, że jest to ważny krok w kierunku opracowania bardziej energooszczędnej technologii dla np. nanolaserów do połączeń optycznych w centrach danych i komputerach przyszłości – ale przed nami jeszcze długa droga. Nie zatrzymujemy się jednak. Dr Marcus Albrechtsen
