โบว์ลิ่งนาโนไดอิเล็กทริกช่วยให้สามารถกักขังแสงได้สูงเป็นพิเศษ

การจับคู่ความสามารถในการกักขังความยาวคลื่นย่อยของเรโซเนเตอร์ plasmonic กับการสูญเสียต่ำสุดและอายุการใช้งานของโพรงของผลึกโฟโตนิกอาจเป็นขั้นตอนที่ใกล้ชิดยิ่งขึ้นด้วยผลงานของทีมนำโดยชารอนไวส์จากแผนกวิศวกรรมไฟฟ้าและวิทยาการคอมพิวเตอร์ของมหาวิทยาลัยแวนเดอร์บิลต์ (US) เป็นครั้งแรกที่นักวิจัยได้ทดลองแสดงการกักขังแสงในช่องคริสตัล “โบว์ไท” ของซิลิคอน 

บทความนี้ตีพิมพ์ในScienceยืนยัน

การคาดการณ์ทางทฤษฎีที่กลุ่มทำในปี 2016และปูทางไปสู่การปรับปรุงและการกักขังสนามไดอิเล็กทริกทั้งหมด ซึ่งมีความสำคัญอย่างยิ่งต่อการใช้งานในด้านโฟโตโวลตาอิก คอมพิวเตอร์ การตรวจจับ และควอนตัมออปติกการจำกัดแสงในปริมาตรความยาวคลื่นย่อยเป็นความท้าทายที่มีมายาวนาน เป็นที่น่าสนใจเพราะหลีกเลี่ยงข้อจำกัดการเลี้ยวเบนแบบดั้งเดิมของกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัล ทำให้สามารถตรวจสอบพื้นที่ขนาดเล็กได้ นอกจากนี้ การปรับปรุงสนามในพื้นที่ที่เกี่ยวข้องทำให้เกิดปฏิสัมพันธ์ของสสารแสงที่รุนแรง ซึ่งสามารถจัดการเพื่อผลิตเทคโนโลยีโฟโตนิกรุ่นต่อไปได้

วิธีหนึ่งในการดักแสงคือผ่านการกักขังชั่วคราว ซึ่งแสงจะถูกเก็บไว้ในโพรงของปัจจัยด้านคุณภาพ Q ให้นานที่สุด แท้จริงแล้ว โพรงที่เป็นอิเล็กทริกสามารถมีปัจจัย Q ที่สูงมาก ทำให้มีอุปกรณ์ครบครันเพื่อกันแสงตกกระทบ แต่ในทางตรงกันข้ามกับพลาสโมนิกคู่กัน การจำกัดแสงในโครงสร้างนาโนไดอิเล็กตริกนั้นจำกัดการเลี้ยวเบน ซึ่งหมายความว่าปริมาตรของแสงที่โพรงถืออยู่จะไม่มีวันเล็กกว่าความยาวคลื่นตกกระทบอย่างมาก

ในงานล่าสุดนี้ Weiss และเพื่อนร่วมงานสามารถรวมปัจจัย Q สูงกับปริมาตรโมดอลเทียบได้กับโครงสร้างพลาสโมนิกโดยใช้ช่องคริสตัลโฟโตนิกที่มีเซลล์รูปโบว์ไท การกักขังที่รุนแรงนี้ได้รับการสนับสนุนจากสิ่งที่พวกเขาเรียกว่า “กระบวนการโลคัลไลเซชันแบบสองขั้นตอน” ขั้นตอนการกักขังขั้นแรกคือขั้นตอนของวัสดุโฟโตนิกใดๆ เนื่องจากคอนทราสต์ในดัชนีการหักเหของแสงระหว่างวัสดุที่เป็นส่วนประกอบทั้งสองของคริสตัล ในกรณีนี้คือซิลิกอนที่มีรูอากาศ ดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างกันของโครงสร้างบังคับให้แสงกระจัดกระจายไปในทิศทางพิเศษบางอย่างและป้องกันไม่ให้แพร่กระจายไปยังส่วนอื่น 

นี้มีความคล้ายคลึงกันอย่างเต็มที่กับวิธีที่ศักยภาพของอะตอมสร้าง bandgaps สำหรับอิเล็กตรอนของคริสตัลและถูกเรียกว่า photonic bandgap effectตรงกันข้ามกับผลึกโฟโตนิกทั่วไป อย่างไรก็ตาม รูขัดแตะของโพรงนี้มีการรวมไดอิเล็กทริกในรูปของโบว์ไทนาโน ซึ่งทำหน้าที่จำกัดแสงระหว่างปลายของมัน ปรากฏการณ์สองขั้นตอนนี้มีประสิทธิภาพในการรักษาปัจจัย Q ที่สูงของช่องคริสตัลโฟโตนิก ใน

ขณะเดียวกันก็ให้แสงที่บริเวณปลายโบว์ไทด์ได้อย่างแข็งแกร่ง

การทดลองในการสร้างวัสดุที่มีประสิทธิภาพเช่นนี้ การควบคุมระดับนาโนที่แม่นยำเป็นสิ่งสำคัญ ความหนาของเซลล์หน่วย bowtie ของผลึกซิลิคอนโฟโตนิกถูกปรับเพื่อให้ได้ร่องรูปตัววี จากนั้นโพรงจะถูกสร้างขึ้นโดยการประกอบเซลล์ยูนิตต่อเนื่องกัน โดยมีศูนย์กลางคั่นด้วย 450 นาโนเมตร เซลล์ยูนิตกลางมีรัศมี 150 นาโนเมตร ซึ่งจะเพิ่มขึ้นเรื่อยๆ ในแต่ละเซลล์ยูนิตที่ตามมาจนถึง 187 นาโนเมตรสำหรับยูนิตเซลล์ที่อยู่ไกลออกไปทั้งสองด้านของโพรง โดยรวมแล้ว โพรงแสดงเซลล์หน่วย 20 หน่วยและเซลล์หน่วยกระจก 10 หน่วยที่แต่ละด้านของเซลล์ส่วนกลาง ผลลัพธ์สำหรับเซลล์หน่วย Bowtie เดี่ยวแสดงค่าสูงสุดของสนามไฟฟ้าเพิ่มขึ้น 80 เท่าเมื่อเทียบกับเซลล์หน่วยคริสตัลโฟโตนิกทรงกลมมาตรฐาน

ในการวัดการกระจายโหมดภายในโครงสร้าง ทีมงานได้อาศัยกล้องจุลทรรศน์แบบออปติคัลการสแกนระยะใกล้ (NSOM) โพรงโดยรวมมีปัจจัยด้านคุณภาพของลำดับของ Q=10 5ค่าที่เทียบได้กับผลึกโฟโตนิก และปริมาตรของโหมดซึ่งมีขนาดเล็กกว่าคริสตัลโฟโตนิกอื่นๆ สองอันดับและเทียบได้กับพลาสโมนิก คู่หู

ทีมงานคาดการณ์ว่า “แพลตฟอร์มปฏิสัมพันธ์ที่มีแสงจ้ามากอย่างที่ไม่เคยเกิดขึ้นมาก่อนสามารถอำนวยความสะดวกในการพัฒนาวิทยาศาสตร์ในหลากหลายรูปแบบ ซึ่งรวมถึงออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่ใช้พลังงานต่ำ ออปติกไม่เชิงเส้น และควอนตัมออปติก”

Shuren Hu ผู้เขียนบทความฉบับแรก ซึ่งตอนนี้ทำงานเป็นวิศวกรหลักใน Silicon Photonics ที่ GlobalFoundries บอกฉันเล็กน้อยเกี่ยวกับการเดินทางและผู้คนที่อยู่เบื้องหลังงานนี้:

เมื่อคิดถึงโครงการวิจัยนี้ มันเป็นการเดินทาง

ที่ยาวนานมาก โดยเฉพาะช่วงทดลอง เมื่อ Prof. Weiss และฉันส่งบทความเกี่ยวกับทฤษฎีครั้งแรก เราได้รับการตอบรับที่หลากหลายมาก ผู้ตรวจสอบบางคนสนใจมาก บางคนสงสัยในความเป็นไปได้ของการออกแบบดังกล่าว ต้องขอบคุณผู้ร่วมมือที่ทำให้เราสามารถประดิษฐ์คริสตัลโฟโตนิกที่มีความละเอียดปลายหูกระต่าย <10 นาโนเมตร จากนั้นจึงสร้างลักษณะเฉพาะได้สำเร็จ ฉันต้องการส่งเสียงถึงผู้ทำงานร่วมกันและผู้เขียนร่วมที่ยอดเยี่ยมของเรา: Marwan Khater และ Will Green อยู่ที่ IBM Silicon Photonics Group และ Ernst Kratschmer และ Sebastian Engelmann อยู่ที่ IBM Material Research Lab พวกเขาร่วมกันคิดค้นนวัตกรรมหลายอย่างในการสร้างโครงสร้างคริสตัลโฟโตนิกแบบผูกโบว์ที่มีความสม่ำเสมอสูงและการปรับความลึกของร่องวี

นอกจากนี้ เขายังกล่าวอีกว่า ร่วมกับ Weiss พวกเขากำลังทำงานร่วมกันในโครงการนี้ต่อไปผ่านทุนมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติฉบับใหม่ และพวกเขายินดีกับความร่วมมือครั้งใหม่เพื่อพัฒนาวิทยาศาสตร์และการประยุกต์ใช้คริสตัลโฟโตนิกคริสตัลหูกระต่ายของพวกเขาให้ก้าวหน้าต่อไป

PEG ชิงทรัพย์การหลีกเลี่ยงการตรวจพบโดยระบบภูมิคุ้มกันเป็นปัญหาสำคัญสำหรับการนำส่งยา การรับรู้ภูมิคุ้มกันทำได้โดยโปรตีนในกระแสเลือดที่ทำเครื่องหมายวัตถุแปลกปลอม (เช่นอนุภาคนาโน) โดยการเกาะติดกับพื้นผิวของพวกมัน เซลล์ของระบบภูมิคุ้มกัน เช่น มาโครฟาจ (เซลล์ภูมิคุ้มกันที่ไล่ร่างกายเพื่อหาวัตถุแปลกปลอม) สามารถดูดกลืนหรือจับอนุภาคได้ ทำให้ไม่สามารถไปถึงจุดหมายได้ วิธีที่นิยมใช้กันมากที่สุดวิธีหนึ่งในการสร้าง “อนุภาคล่องหน” คือการเคลือบพื้นผิวของพวกมันด้วยพอลิเมอร์ที่เป็นกลาง เช่น พอลิเอทิลีนไกลคอล (PEG)

นักวิทยาศาสตร์พบว่ารูปร่างของพอลิเมอร์ PEG ส่งผลต่อวิธีการป้องกันการจับตัวของโปรตีน ตัวอย่างเช่น ชั้น PEG ที่มีความหนาแน่นสูง ซึ่งเป็นชั้นที่อัดแน่นเข้าด้วยกัน ป้องกันการจับตัวของโปรตีนโดยการเบียดเสียดพื้นผิวและทำให้บริเวณที่จับกับโปรตีนเป็นไปได้ ในทางตรงกันข้าม PEG ที่มีความหนาแน่นต่ำหรือ PEG ที่มีช่องว่างมากขึ้นระหว่างสายโซ่โพลีเมอร์ที่ถูกผูกไว้ จะเป็นอุปสรรคต่อการผูกมัดของโปรตีนด้วยความยืดหยุ่น โซ่โพลีเมอร์แต่ละสายมีอิสระมากขึ้นในการแกว่งไปมาอย่างรวดเร็ว ทำให้ยากสำหรับโปรตีนที่จะบีบผ่านพวกมันไปยังพื้นผิวอนุภาคนาโน

ตับดอดเจอร์ทีมงานของ Cheng ได้ค้นพบวิธีเพิ่มการป้องกัน PEG ของอนุภาคนาโนด้วยการผสมผสานประโยชน์ของ PEG ที่มีความหนาแน่นสูงและความหนาแน่นต่ำ พวกเขาสามารถสร้างการเคลือบ PEG ที่มีสองชั้น: ชั้น PEG ด้านในสั้นที่มีความหนาแน่นสูงและชั้นนอกที่ยาวขึ้นและมีความยืดหยุ่นมากขึ้น

Credit : เกมส์ออนไลน์แนะนำ >> ป๊อกเด้งออนไลน์