Světelné rezonátory používané k pohybu objektů s malou velikostí

Anonim

Světelné rezonátory používané k pohybu objektů s malou velikostí

Věda

Dario Borghino

20. listopadu 2009

Nanooscale rezonátory vyvinuté v Cornellu mohou vyvíjet poměrně silné síly na drobných částečkách, což vede k významnému pokroku v systémech MEMS a MOMS

Vědci na Cornellské univerzitě hlásí, že nyní mohou využívat světelný paprsek, který nese jeden milion miliattů energie pro pohyb objektů a dokonce i změnu optických vlastností křemíku z neprůhledného na transparentní v nanometrickém měřítku. Takový pokrok by se mohl ukázat jako velmi užitečný pro budoucnost mikroelektromechanických (MEMS) a mikrooptomechanických (MOMS) systémů.

Stejně jako u jiných elektromagnetických vln může být světlo charakterizováno jako spojení elektrického a magnetického pole oscilujícího v kolmých směrech, které tvoří malé, ale periodické vrcholy a údolí v potenciální energii. Tyto oscilace nejsou dostatečné pro ovlivnění masivních objektů; na malém měřítku, i když částice, které jsou zasaženy vlnou, mají tendenci klouzat k "údolím" a rovnoměrně se rozdělovat na povrch. To je princip využívaný optickými a nedávno zvukovými pinzety, které vytvářejí předem definované malé kapičky.

Nicméně je to přesunout objekt nanometrů, ale jiný, aby byl zasažen paprskem dostatečně silným, aby změnil svou geometrii a optické vlastnosti, což vyžaduje mnohem vyšší úroveň energie. K řešení problému výzkumníci Cornell vytvořili dva "kruhové rezonátory", kruhové vlnovody, jejichž obvod je násobkem vlnové délky použitého světla, a využívaly vztah mezi světelnými paprsky procházejícími kroužky, aby vyvíjeli vysoké síly malé energetické úrovně možné.

Dva vlnovody jsou tři mikrony široké, jeden mikron od sebe a tloušťka pouhých 190 nanometrů. Když světlo na příslušné frekvenci vstupuje do kroužků, vlnovody buď silně přitahují nebo odpuzují navzájem v závislosti na tom, zda jsou paprsky, které projíždějí, ve fázi (což znamená, že špička v jednom paprsku odpovídá vrcholu v druhém) nebo mimo fázi.

Fenomén repulze by mohl být užitečný v MEMS, mikroelektromechanických systémech s pohyblivými částmi, kde dosud nevyřešený problém je způsoben tendencí křemíkových složek, aby se držely příliš blízko sebe. Odrazová síla generovaná rezonátory by mohla jinými slovy tyto komponenty oddělit a udržet je na požadované, optimální vzdálenosti zvyšující účinnost systému. MOMS nebo mikrooptomechanické systémy by také mohly mít prospěch z výzkumu týmu, který vytvořil laděné filtry pro specifickou optickou vlnovou délku.

Výzkum se má objevit v nadcházejícím vydání časopisu Nature . Práce podporují Národní vědecká nadace a Cornellovo centrum pro nanoskopické systémy.

Nanooscale rezonátory vyvinuté v Cornellu mohou vyvíjet poměrně silné síly na drobných částečkách, což vede k významnému pokroku v systémech MEMS a MOMS