211service.com
Pirmoji šviesa varoma nanomašina
Nuo devintojo dešimtmečio mokslininkai naudojo lazerius, kad sustabdytų molekulines vibracijas, kad molekules būtų galima stebėti natūralioje aplinkoje. Dabar Jeilio universiteto mokslininkai integrinei grandinei valdyti panaudojo tokią pat nanoskalės optinę jėgą. Jų prietaisas galėtų būti greitų, mažos galios optinių lustų pagrindas, kaip ir tranzistoriai yra šiuolaikinių elektroninių grandinių elementai. Naujasis prietaisas – šviesos varomas nanorezonatorius – taip pat galėtų būti naudojamas kaip itin jautrus cheminių medžiagų detektorius. Darbas yra pagrindinis orientyras sujungiant mechanines ir optines jėgas nanoskalėje.
Fotono galia: Šioje fotoninėje grandinėje yra naujas šviesos varomas nanomechaninis rezonatorius. Įdėtame skenuojamojo elektroninio mikroskopo vaizde šis nanoskalės silicio pluoštas svyruoja, kai jį apšviečia lazerio šviesa, moduliuodamas šviesos signalą, perduodamą per grandinę.
Lustai, kuriuose duomenims perduoti naudojama šviesa, o ne elektronai, turėtų būti greitesni ir vartoti mažiau energijos nei tradiciniai integriniai grandynai. Tačiau iki šiol net greičiausiuose optiniuose lustuose buvo sumontuoti elektriniai elementai, vadinami moduliatoriais. Šie moduliatoriai koduoja šviesą su duomenimis, konvertuodami signalą iš šviesos į elektronus ir atgal. Dėl šio papildomo veiksmo optiniai lustai tampa sudėtingi ir išeikvojama galia. Jeilio mokslininkų, vadovaujamų elektros inžinerijos profesoriaus, sukurta grandinė Honkongas yra moduliatorius, kurį varo šviesa, o ne elektronai.
Jeilio grupė pradėjo savo darbą kurdama silicio optinį lustą. Norėdami pagaminti moduliatorių, jie išgraviravo nedidelę bangolaidžio dalį, ploną silicio kelią, kuriuo keliauja fotonai, į 500 nanometrų pločio juostą. Šis silicio pluoštas, kuris pakabinamas ant lusto paviršiaus, kad galėtų lankstytis, atlieka dvi funkcijas. Jis neša optinį signalą ir jį moduliuoja. Tangas ir jo kolegos išsiuntė šviesos signalą per integruotą grandinę, tada į nanooptinį moduliatorių nukreipė lazerio šviesą, todėl jis svyravo aukštyn ir žemyn. Šie svyravimai moduliuoja šviesos, sklindančios per spindulį, greitį.
Jeilio komanda yra pirmoji, kuri pademonstravo šios optinės jėgos egzistavimą integruotoje grandinėje – ir pirmoji ją panaudojo, kad sukurtų veikiantį įrenginį. Lengva jėga gali būti iš tikrųjų panaudota, sako Tangas. Jo grupė taip pat įrodė, kad viename luste gali sukurti šimtų veikiančių rezonatorių matricas.
Optiniai pincetai buvo labai naudingi manipuliuojant laisvai plaukiojančiais nanomastelio objektais tirpale, tačiau jie yra labai sudėtingi, todėl jiems reikia didelės galios lazerio ir viso stalo. Nors vis dar reikia įvesties iš lazerio, kuris dar nėra integruotas į lustą, Yale sąranka yra paprastesnė nei reikalinga optiniams pincetams.
Aprašyta žurnale Gamta , Jeilio grandinė yra techninis proveržis, sako Kolumbijos universiteto mechanikos inžinerijos profesorius Jamesas Hone'as . Tai atveria naują būdą sukurti opto-mechaninius jungiklius, kurie gali nukreipti vieną optinį signalą naudodami kitą. Hone'as teigia, kad tokie įrenginiai galėtų būti optinių grandinių konstrukciniai elementai. Adomas Cohenas , Harvardo chemijos, cheminės biologijos ir fizikos profesorius, sutinka – tol, kol šių prietaisų gamyba bus suderinama su standartiniu puslaidininkių apdorojimu. Cohenas sako, kad tradicinis metodas, kai optinis signalas paverčiamas elektriniu ir vėl grįžtama, sulėtėja ir yra sudėtingesnis.
Kadangi mechaninis pluošto svyravimas išmatuojamai keičia šviesos srautą per jį, spinduliai gali būti sukurti į labai jautrius cheminius jutiklius, sako Hone. Jeilio grupė neparodė cheminio jutiklio. Tačiau teoriškai ant lusto esančių silicio generatorių matricos galėtų būti papuoštos antikūnais, kurie suriša kraujo baltymus, būdingus tokioms ligoms kaip vėžys. Jei kraujo mėginyje, esančiame ant lusto, būtų nedidelis kiekis baltymo, jis susijungtų su silicio pluoštu, pakeisdamas jo virpesių dažnį ir taip sukeldamas išmatuojamą šviesos greičio pokytį. Kiti nanoskalės jutikliai veikia panašiu principu, fiksuodami elektros srovės srauto skirtumus per svyruojančius silicio pluoštus arba anglies nanovamzdelius, kai jie prisijungia prie dominančių molekulių. Optiniai rezonatoriai gali būti dar jautresni, sako Hone, nes optiniai įrenginiai veikia geriau ir duoda aiškesnius signalus nei elektriniai įrenginiai.
Tačiau tokių programų reikia daug metų. Įrenginys vis dar yra labai anksti kuriamas Tango laboratorijoje, kur jo grupė tobulina jo mechanines savybes.