Far Out! Herstellung Kristalle Ripple mit Licht

Ein Lichtstrahl kann Wellen in Kristallen, und diese Wellen können "getuned" – ein Phänomen, das Forscher sagen neue technologische Möglichkeiten eröffnen könnte.

An der University of California, San Diego, feuerte Physiker unter der Leitung von Dimitri Basov und Siyuan Dai einen Infrarot-Lichtstrahl auf einen winzigen Kristall von Bornitrid. Sie fokussiert den Strahl an der Spitze von einem Rasterkraftmikroskop. Ein Rasterkraftmikroskop Sonden Oberflächen auf der Ebene der Atome und Moleküle mit einer Nadel am Ende einen Arm, wie das auf dem Vinyl-Plattenspieler. Das Mikroskop übertragen die Dynamik aus dem Licht des Kristalls.

Das Licht erzeugt Wellen, Wellen – in die Bornitrid. Die Wellen, genannt Phonon Polaritonen hatte Wellenlängen so kurz wie UV-Licht, ca. 300-400 Nanometer oder Milliardstel Meter. [Herrliche Mikrofotografie: 50 kleine Wunder]

"Eine Welle auf der Oberfläche des Wassers ist die nächste Analogie" sagte Basov in einer Erklärung. "Sie werfen einen Stein und Sie starten entstehen konzentrische Wellen, die sich nach außen bewegen. Dies ist ähnlich. Atome bewegen. Das auslösende Ereignis ist die Beleuchtung mit Licht."

Eine Chemikalie, die in der Kosmetik verwendet, Bornitrid (BN) ist ein van der Waals-Kristall, wodurch seine Atome Form Schichten, die übereinander gestapelt und durch Kräfte zwischen Molekülen zusammengehalten. Durch die Einstellung der Wellenlänge des Lichts und die Anzahl der Schichten von Bornitrid, konnten die Forscher die Form und Größe der Polaritonen anpassen.

"Die wesentliche Neuerung ist, dass die Wellennatur optimiert werden können, durch die Veränderung der Anzahl der Atomlagen in einer Probe [Bornitrid]," sagte Basov Leben Wissenschaft.

Da es möglich ist, die Größe der Wellen zu kontrollieren, es ist auch möglich, den Kristall zu verwenden, um Informationen zu übermitteln, in einer Weise ähnlich wie Licht dient im Funkverkehr. "Sie können direkt Informationen wo Sie es wollen, auf der Nanoebene" Basov sagte.

Die Fähigkeit, Polaritonen tune bedeutet auch, dass man den Wärmefluss in einem Material steuern kann, da Wärme nur die Bewegung von Atomen und Molekülen in einer Substanz.

Kontrolle der Wellen wäre wichtig für den Aufbau von Nanometer-Größe-Schaltungen. Gerade jetzt, Informationen zwischen Schaltungsteile mit Elektronen übertragen. Licht hat alle Arten von Eigenschaften, die für Übertragung von Daten nutzbar zu machen; zum Beispiel ist es schnell. Aber Lichtwellen verwenden, um Informationen zu übermitteln, hat in der Regel eine einfache Antenne mindestens halb so groß wie die Lichtwellen (deshalb Antennen für Radios sind so groß, wie sie sind). Es ist möglich, sie kürzer zu machen, aber es gibt Abstriche bei der Effizienz. [Die 9 größten ungelösten Rätsel der Physik]

Radiowellen, haben auch die schnellsten Netze, Wellenlängen gemessen in Zehntel Millimeter. Die Infrarot-Wellen häufig in TV-Fernbedienungen sind noch kleiner, nur Mikrometer lang. Trotzdem, die Tausende von Mal die Größe der typischen Computer Schaltkreise, die zig Nanometer sind über – sie sind einfach zu klein, um die Nutzung von Funkfrequenzen. (Wenn Sie ein Wi-Fi-Netzwerk verwenden, das Funksignal in Elektronen umgewandelt wird, so dass der Computer "es hören kann", und erfordert eine Antenne – das Wi-Fi-Radio groß sein kann, im Vergleich zu einem Prozessor.)

Die Funkwellen in das Signal kürzer zu machen ist nicht immer eine Option. diese Wellenlängen schließlich bewegen von Radio in Bereich des sichtbaren Lichts, und das erfordert wieder Werkzeuge, Sender und Empfänger. Auch, wie gut Wellen übertragen stark abhängig von der Wellenlänge verwendet werden kann und die Umwelt sind sie in. Z. B. Biegen länger Radiowellen leichter als sichtbares Licht, weshalb Sie nicht in der Sichtlinie des lokalen UKW-Sender werden müssen um die Ecke.

Die Fähigkeit, Licht-wie Wellen in einem festen Stoff übertragen würde bedeuten, dass Technologen viele der Vorteile der Lichtwellen, ohne einige der Probleme der Erzeugung extrem kurzer Wellenlänge Signale wie die Notwendigkeit für ein Sender/Empfänger-Setup bekommen würde.

Kleinere Schaltungen haben auch ein größeres Problem Weg Strahlungswärme. Computer haben Fans auf die Prozessoren kühl zu halten, aber mit Licht, die Temperatur kontrollieren könnte bedeuten, dass zukünftige Maschinen darauf verzichten könnte.

Die Arbeit mit Experimenten in Graphen begann, sagte Barsov. Graphen, die aus Kohlenstoff besteht, bildet auch Einzelmolekül-Schichten und kann auch Polaritonen in Reaktion auf Licht bilden. Die Wellen, lange nicht jedoch so wie mit Bornitrid. "Menschen Bornitrid war nur ein Zuschauer-Material – wir nie gedacht, dass es sinnvoll wäre," sagte Basov.

Die Arbeit ist ausführlich in der 7 März-Ausgabe der Zeitschrift Science.

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