Lichtresonatoren die worden gebruikt om objecten van nano-formaat te verplaatsen

Anonim

Lichtresonatoren die worden gebruikt om objecten van nano-formaat te verplaatsen

Wetenschap

Dario Borghino

20 november 2009

De op Cornell ontwikkelde resonatoren op nanoschaal kunnen relatief sterke krachten uitoefenen op kleine deeltjes, wat de weg leidt naar belangrijke verbeteringen in MEMS- en MOMS-systemen

Wetenschappers van de Cornell University melden dat ze nu een lichtbundel kunnen gebruiken met een vermogen van enkele milliwatt om voorwerpen te verplaatsen en zelfs de optische eigenschappen van silicium van ondoorzichtig tot transparant te veranderen op nanometerschaal. Een dergelijke vooruitgang zou zeer nuttig kunnen zijn voor de toekomst van micro-elektromechanische (MEMS) en micro-optomechanische (MOMS) systemen.

Zoals met elke andere elektromagnetische golf, kan licht worden gekarakteriseerd als de vereniging van een elektrisch en een magnetisch veld dat oscilleert in loodrechte richtingen die kleine maar periodieke pieken en dalen vormen in potentiële energie. Deze oscillaties zijn niet voldoende om massieve objecten te beïnvloeden; op een schaal die klein genoeg is, neigen echter de deeltjes die door de golf worden geraakt naar de "valleien" te glijden en gelijkmatig over een oppervlak te verdelen. Dit is het principe dat wordt benut door optisch en, meer recent, een geluidspincet om minuscule druppeltjes op een vooraf gedefinieerde manier te modelleren.

Het is echter zaak om een ​​object op nanoschaal te verplaatsen, maar een ander om het te raken met een straal die sterk genoeg is om de geometrie en optische eigenschappen te veranderen, wat veel hogere energieniveaus vereist. Om het probleem aan te pakken, hebben de Cornell-onderzoekers twee ringvormige resonatoren gemaakt, cirkelvormige golfgeleiders waarvan de omtrek een veelvoud van de golflengte van het gebruikte licht is, en de relatie benut tussen lichtbundels die door de ringen bewegen om hoge krachten uit te oefenen met kleine energieniveaus mogelijk.

De twee golfgeleiders zijn drie micron breed, één micron uit elkaar en slechts 190 nanometer dik. Wanneer licht met een geschikte frequentie de ringen binnengaat, trekken de golfgeleiders elkaar sterk aan of stoten ze af afhankelijk van of de bundels die erdoorheen reizen in fase zijn (wat betekent dat een piek in één straal overeenkomt met een piek in de andere) of uit fase zijn.

Het afstotingsverschijnsel kan nuttig zijn in MEMS, micro-elektromechanische systemen met bewegende delen, waarbij een nog onopgelost probleem wordt veroorzaakt door de neiging van siliciumcomponenten om te dicht bij elkaar te blijven. De afstootkracht die door de resonatoren wordt gegenereerd, kan met andere woorden deze componenten scheiden en op de gewenste, optimale afstand houden, waardoor de efficiëntie van het systeem toeneemt. MOMS, of micro-optomechanische systemen, kunnen ook profiteren van het onderzoek van het team om afstembare filters te maken voor een specifieke optische golflengte.

Het onderzoek moet verschijnen in een volgende editie van het tijdschrift Nature . Het werk wordt ondersteund door de National Science Foundation en het Cornell Center for Nanoscale Systems.

De op Cornell ontwikkelde resonatoren op nanoschaal kunnen relatief sterke krachten uitoefenen op kleine deeltjes, wat de weg leidt naar belangrijke verbeteringen in MEMS- en MOMS-systemen