Forskere udvikler fotonisk krystallysomformer

Spektroskopi er brugen af ​​lys til at analysere fysiske objekter og biologiske prøver. Forskellige slags lys kan give forskellige former for information. Vakuum ultraviolet lys er nyttigt, da det kan hjælpe mennesker inden for en lang række forskningsområder, men generering af det lys har været svært og dyrt. Forskere skabte en ny enhed til effektivt at generere denne specielle slags lys ved hjælp af en ultratynd film med perforeringer i nanoskala.

Lysets bølgelængder, du ser med dine øjne, udgør blot en brøkdel af de mulige lysbølgelængder, der findes. Der er infrarødt lys, som du kan mærke i form af varme, eller se om du tilfældigvis er en slange, der har en længere bølgelængde end synligt lys. I den modsatte ende er ultraviolet (UV) lys, som du kan bruge til at producere D -vitamin i din hud, eller se om du tilfældigvis er en bi. Disse og andre former for lys har mange anvendelser inden for videnskab.

Inden for UV -området er en delmængde af bølgelængder kendt som vakuum ultraviolet lys (VUV), såkaldte, fordi de let absorberes af luft, men kan passere gennem et vakuum. Nogle VUV-bølgelængder i området omkring 120-200 nanometer er særlig nyttige for forskere og medicinske forskere, da de kan bruges til kemiske og fysiske analyser af forskellige materialer og endda biologiske prøver.

Imidlertid, der er mere til lys end en bølgelængde. For at VUV virkelig kan være nyttig, det skal også vredes eller polariseres på en måde, der kaldes cirkulær polarisering. Eksisterende metoder til fremstilling af VUV, såsom brug af partikelacceleratorer eller laserdrevne plasmaer, har mange ulemper, inklusive omkostninger, skala og kompleksitet. Men også, disse kan kun producere untwisted lineær polariseret VUV. Hvis der var en enkel måde at lave cirkulær polariseret VUV, det ville være yderst fordelagtigt. Lektor Kuniaki Konishi fra Institute for Photon Science and Technology ved University of Tokyo og hans team har måske lige svaret.

"Vi har skabt en enkel enhed til at konvertere cirkulært polariseret synligt laserlys til cirkulært polariseret VUV, snoet i den modsatte retning, "sagde Konishi." Vores fotoniske krystal dielektriske nanomembran (PCN) består af et ark fremstillet af en aluminiumoxidbaseret krystal (ℽ-Al2O3), der kun er 48 nm tyk. Det sidder oven på et 525 mikrometer tykt ark silicium, der har 190 nm brede huller skåret i det med 600 nm fra hinanden. "

For vores øjne ligner PCN -membranen bare en flad funktionsløs overflade, men under et kraftigt mikroskop kan mønstret af perforeringer ses. Det ligner lidt hullerne i et brusehoved, der øger vandtrykket for at lave stråler.

"Når pulser af cirkulært polariseret blåt laserlys med en bølgelængde på 470 nm lyser ned over disse kanaler i silicium, PCN virker på disse pulser og vrider dem i den modsatte retning, "sagde Konishi." Det krymper også deres bølgelængder til 157 nm, hvilket er godt inden for det område af VUV, der er så nyttigt i spektroskopi. "

Med korte impulser af cirkulært polariseret VUV, forskere kan observere hurtige eller kortvarige fysiske fænomener på submikrometerskalaen, som ellers er umulige at se. Sådanne fænomener omfatter elektroners eller biomolekylers adfærd. Så denne nye metode til at generere VUV kan være nyttig for forskere inden for medicin, biovidenskab, molekylær kemi og faststoffysik. Selvom en lignende metode er blevet påvist før, det producerede mindre nyttige længere bølgelængder, og gjorde det ved hjælp af en metalbaseret film, som er udsat for hurtig nedbrydning i nærvær af laserlys. PCN er langt mere robust til dette.

"Jeg er glad for, at gennem vores undersøgelse af PCN, vi fandt en ny og nyttig applikation til cirkulært polariseret lyskonvertering, genererer VUV med den intensitet, der kræves for at gøre den ideel til spektroskopi, "sagde Konishi." Og det var overraskende, at PCN -membranen kunne overleve det gentagne bombardement af laserlys, i modsætning til tidligere metalbaserede enheder. Dette gør den velegnet til laboratoriebrug, hvor den kan bruges i vid udstrækning over lange perioder. Vi gjorde dette for grundvidenskab, og jeg håber at se mange slags forskere gøre god brug af vores arbejde. "