Ljusresonatorer brukade flytta objekt i nanostorlek

Anonim

Ljusresonatorer brukade flytta objekt i nanostorlek

Vetenskap

Dario Borghino

20 november 2009

De nanoskala resonatorer som utvecklas hos Cornell kan utöva relativt starka krafter på småpartiklar, vilket leder fram till viktiga framsteg i MEMS och MOMS-system

Forskare vid Cornell University rapporterar att de nu kan använda en ljusstråle som bär en enda milliwatt av makt för att flytta föremål och ändå ändra de optiska egenskaperna hos kisel från opak till transparent på nanometrisk skala. En sådan utveckling kan vara mycket användbar för framtiden för mikroelektromekaniska (MEMS) och mikrooptomekaniska (MOMS) system.

Liksom med vilken annan elektromagnetisk våg som helst kan ljuset karakteriseras som fogningen av ett elektriskt och ett magnetfält som svänger i vinkelräta riktningar som bildar små men periodiska toppar och dalar i potentiell energi. Dessa svängningar är inte tillräckligt för att påverka massiva föremål; På en tillräckligt liten skala, partiklar som drabbas av våg tenderar att glida in mot "dalarna " och fördela jämnt på en yta. Det här är principen som utnyttjas av optiska och mer nyligen ljudpincetter för att mönstra små droppar på en fördefinierad väg.

Det är dock en sak att flytta ett nanoskalaobjekt, men en annan att slå den med en stråle som är tillräckligt stark för att ändra dess geometri och optiska egenskaper, vilket kräver mycket högre energinivåer. För att ta itu med problemet skapade Cornell-forskarna två cirkelvågledare, vars omkrets är en multipel av ljusets våglängd och utnyttjade förhållandet mellan ljusstrålar som rör sig genom ringarna för att utöva höga krafter med små energinivåer möjliga.

De två vågledarna är tre mikron breda, en mikron från varandra och bara 190 nanometer tjocka. När ljus med lämplig frekvens går in i ringarna, vinklar vågledarna antingen starkt eller repellerar varandra beroende på huruvida strålarna som reser genom dem är i fas (vilket innebär att en topp i en stråle motsvarar en topp i den andra) eller ur fas.

Repulsionsfenomenet kan vara användbart i MEMS, mikroelektromekaniska system med rörliga delar, där ett ännu olöst problem uppstår genom tendensen av kiselkomponenter att hålla sig för nära varandra. Den avstängningskraft som genereras av resonatorerna kan med andra ord skilja dessa komponenter och behålla dem vid önskat optimalt avstånd vilket ökar systemets effektivitet. MOMS, eller mikrooptomekaniska system, kan också dra nytta av lagets forskning för att skapa avstämbara filter för en specifik optisk våglängd.

Forskningen kommer att förekomma i en kommande utgåva av tidskriften Nature . Arbetet stöds av National Science Foundation och Cornell Center for Nanoscale Systems.

De nanoskala resonatorer som utvecklas hos Cornell kan utöva relativt starka krafter på småpartiklar, vilket leder fram till viktiga framsteg i MEMS och MOMS-system