211service.com
Pirmā ar gaismu darbināma nanomašīna
Kopš 1980. gadiem pētnieki ir izmantojuši lāzerus, lai apturētu molekulārās vibrācijas, lai molekulas varētu novērot to dabiskajā vidē. Tagad Jēlas universitātes pētnieki ir izmantojuši tāda paša veida nanomēroga optisko spēku, lai kontrolētu integrēto shēmu. Viņu ierīce varētu būt pamats ātrām, mazjaudas optiskām mikroshēmām, tāpat kā tranzistori ir mūsdienu elektronisko shēmu pamatelementi. Jauno ierīci, gaismas vadītu nanorezonatoru, varētu izmantot arī kā ārkārtīgi jutīgu ķīmisko vielu detektoru. Darbs ir galvenais orientieris mehānisko un optisko spēku apvienošanā nanomērogā.
Fotonu jauda: Šajā fotoniskajā shēmā ir iekļauts jauns gaismas vadīts nanomehānisks rezonators. Ievietotā skenējošā elektronu mikroskopa attēlā šis nanomēroga silīcija stars svārstās, kad uz to spīd lāzera gaisma, modulējot gaismas signālu, kas tiek pārnests caur ķēdi.
Mikroshēmām, kas datu pārsūtīšanai izmanto gaismu, nevis elektronus, vajadzētu būt ātrākām un patērēt mazāk enerģijas nekā tradicionālajām integrētajām shēmām. Bet līdz šim pat ātrākajās optiskajās mikroshēmās ir iestrādāti elektriskie elementi, ko sauc par modulatoriem. Šie modulatori kodē gaismu ar datiem, pārveidojot signālu no gaismas elektronos un atpakaļ. Šis papildu solis padara optiskās mikroshēmas sarežģītas un patērē enerģiju. Shēma, ko izstrādājuši Jēlas pētnieki elektroinženieru profesora vadībā Hontanga ietver modulatoru, ko darbina gaisma, nevis elektroni.
Yale grupa sāka savu darbu, izveidojot silīcija optisko mikroshēmu. Lai izveidotu modulatoru, viņi iegravēja nelielu daļu no viļņvada, plānā silīcija ceļa, pa kuru pārvietojas fotoni, 500 nanometru platā joslā. Šim silīcija staram, kas ir piekārts no mikroshēmas virsmas, lai tas varētu izlocīties, ir divas funkcijas. Tas gan nes optisko signālu, gan modulē to. Tangs un viņa kolēģi nosūtīja gaismas signālu caur integrēto shēmu, pēc tam staroja lāzera gaismu uz nano-optisko modulatoru, liekot tam svārstīties uz augšu un uz leju. Šīs svārstības modulē gaismas ātrumu, kas pārvietojas pa staru kūli.
Jēlas komanda ir pirmā, kas demonstrē šī optiskā spēka esamību integrētajā shēmā, un pirmā, kas to izmanto, lai izveidotu funkcionējošu ierīci. Vieglo spēku var reāli izmantot, saka Tangs. Viņa grupa ir arī pierādījusi, ka tā var izveidot simtiem strādājošu rezonatoru blokus vienā mikroshēmā.
Optiskās pincetes ir bijušas ļoti noderīgas, lai manipulētu ar brīvi peldošiem nanomēroga objektiem šķīdumā, taču tās ir ļoti sarežģītas, un tām ir nepieciešams lieljaudas lāzers un viss darba galds. Lai gan tam joprojām ir nepieciešama ievade no lāzera, kas vēl nav integrēts mikroshēmā, Yale iestatīšana ir vienkāršāka nekā optiskajām pincetēm.
Aprakstīts žurnālā Daba , Jēlas ķēde ir tehnisks sasniegums, saka Kolumbijas universitātes mašīnbūves profesors Džeimss Hons . Tas paver jaunu veidu, kā izveidot opto-mehāniskus slēdžus, kas var novirzīt vienu optisko signālu, izmantojot citu. Hone saka, ka šādas ierīces varētu būt optisko ķēžu pamatelementi. Ādams Koens , Hārvardas ķīmijas, ķīmiskās bioloģijas un fizikas profesors, piekrīt — ja vien šo ierīču izgatavošana izrādīsies saderīga ar standarta pusvadītāju apstrādi. Tradicionālā pieeja, kas ietver optiskā signāla pārveidošanu elektriskajā un atpakaļ, palēnina darbību un ir sarežģītāka, saka Koens.
Tā kā staru kūļa mehāniskās svārstības izmērāmā veidā maina veidu, kā gaisma plūst caur to, starus var izveidot ļoti jutīgos ķīmiskos sensoros, saka Hone. Yale grupa nav demonstrējusi ķīmisko sensoru. Tomēr teorētiski mikroshēmā iebūvēto silīcija oscilatoru blokus varētu dekorēt ar antivielām, kas saista asins proteīnus, kas raksturīgi tādām slimībām kā vēzis. Ja uz mikroshēmas ievietots asins paraugs saturētu nelielu daudzumu proteīna, tas saistās ar silīcija staru, mainot tā svārstību biežumu un tādējādi izraisot izmērāmas izmaiņas gaismas ātrumā, kas tiek pārnests caur to. Citi nanomēroga sensori darbojas pēc līdzīga principa, uztverot atšķirības elektriskās strāvas plūsmā caur oscilējošiem silīcija stariem vai oglekļa nanocaurulēm, kad tie saistās ar interesējošām molekulām. Optiskie rezonatori varētu būt vēl jutīgāki, saka Hone, jo optiskās ierīces darbojas labāk, sniedzot skaidrākus signālus nekā elektriskās ierīces.
Tomēr šādas lietojumprogrammas ir pēc daudziem gadiem. Ierīce joprojām ir ļoti agrīnā izstrādes stadijā Tanga laboratorijā, kur viņa grupa uzlabo tās mehāniskās īpašības.