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Wissenschaftler verlangsamen und kontrollieren das Licht mithilfe von Nanoantennen

Wissenschaftler verlangsamen und kontrollieren das Licht mithilfe von Nanoantennen


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Die Geschwindigkeit, mit der sich Licht bewegt, ist entscheidend für einen schnellen Informationsaustausch. Wenn Wissenschaftler jedoch die Geschwindigkeit von Lichtpartikeln irgendwie verlangsamen könnten, hätte dies eine ganze Reihe neuer technologischer Anwendungen, die für Quantencomputer, LIDAR, virtuelle Realität, lichtbasiertes WLAN und sogar die Erkennung von Viren verwendet werden könnten.

Nun, in einem Artikel veröffentlicht inNatur NanotechnologieStanford-Wissenschaftler haben einen Ansatz demonstriert, um Licht signifikant zu verlangsamen und nach Belieben zu lenken.

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Wissenschaftler aus dem Labor von Jennifer Dionne, Associate Professor für Materialwissenschaft und Werkstofftechnik in Stanford, entwickelten diese Resonatoren mit "hohem Qualitätsfaktor" oder "hohem Q", indem sie ultradünne Siliziumchips in nanoskalige Stäbe strukturierten, um Licht resonant einzufangen und dann Geben Sie es frei oder leiten Sie es zu einem späteren Zeitpunkt weiter.

"Wir versuchen im Wesentlichen, Licht in einer winzigen Box einzufangen, in der das Licht immer noch aus vielen verschiedenen Richtungen kommen und gehen kann", sagte Mark Lawrence, Postdoktorand und Hauptautor der Zeitung, in einer Pressemitteilung. "Es ist einfach, Licht in einer Box mit vielen Seiten einzufangen, aber nicht so einfach, wenn die Seiten transparent sind - wie es bei vielen Anwendungen auf Siliziumbasis der Fall ist."

Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das Stanford-Team eine extrem dünne Siliziumschicht, die sehr effizient Licht einfängt und eine geringe Absorption im nahen Infrarot aufweist, dem Lichtspektrum, das die Forscher steuern wollten. Dies ist jetzt eine zentrale Komponente ihres Geräts.

Das Silizium ruht auf einem Wafer aus transparentem Saphir, in den die Forscher einen elektronenmikroskopischen "Stift" lenken, um ihr Nanoantennenmuster zu ätzen. Es ist wichtig, dass das Muster so glatt wie möglich gezeichnet wird, da Unvollkommenheiten ihre Fähigkeit zum Einfangen von Licht beeinträchtigen.

"Letztendlich mussten wir ein Design finden, das eine gute Lichteinfangleistung bietet, aber im Bereich der bestehenden Herstellungsmethoden liegt", sagte Lawrence.

Eine Anwendung, für die die Stanford-Komponente verwendet werden könnte, ist das Teilen von Photonen für Quantencomputersysteme. Auf diese Weise würden verschränkte Photonen erzeugt, die auch in weiter Abstand auf Quantenebene verbunden bleiben. Diese Art von Experiment würde ansonsten typischerweise große teure und präzise polierte Kristalle erfordern und ist mit aktuellen Technologien viel weniger zugänglich.

"Mit unseren Ergebnissen freuen wir uns, einen Blick auf die neue Wissenschaft zu werfen, die jetzt erreichbar ist, aber auch zu versuchen, die Grenzen des Möglichen zu verschieben", erklärte Lawrence.


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