‘โลหะ’ ของข้าวสามารถทำลายตลาด UV แบบสุญญากาศได้

Arndt ในห้องปฏิบัติการ Halas ที่ Rice

ภาพ: Catherine Arndt นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากมหาวิทยาลัย Rice ช่วยสร้างเทคโนโลยีที่อาจก่อกวนสำหรับเลนส์อัลตราไวโอเลต ซึ่งเป็น “โลหะ” ในสถานะของแข็งที่เปลี่ยน UV คลื่นยาวเป็นรังสี UV แบบสุญญากาศ
ดู มากกว่า

เครดิต: Jeff Fitlow / Rice University

ฮูสตัน – (5 พฤษภาคม 2022) – นักวิจัยด้านโฟโตนิกส์ของมหาวิทยาลัยไรซ์ได้สร้างเทคโนโลยีที่อาจก่อกวนสำหรับตลาดเลนส์อัลตราไวโอเลต

นาโอมิ ฮาลาส ผู้บุกเบิกด้านนาโนโฟโตนิกส์และคณะผู้บุกเบิกด้านนาโนโฟโตนิกส์ได้แกะสลักรูปสามเหลี่ยมเล็กๆ หลายร้อยรูปอย่างแม่นยำบนพื้นผิวของฟิล์มไมโครสโคปของซิงค์ออกไซด์ ได้สร้าง “โลหะ” ที่จะแปลงรังสี UV คลื่นยาว (UV-A) ที่เข้ามาเป็นเอาต์พุตเฉพาะของ UV แบบสุญญากาศ (VUV) ) การแผ่รังสี VUV ใช้ในการผลิตเซมิคอนดักเตอร์ โฟโตเคมี และวัสดุศาสตร์ และในอดีตมีต้นทุนสูงในการทำงาน ส่วนหนึ่งเป็นเพราะกระจกเกือบทุกชนิดที่ใช้ทำเลนส์ทั่วไปดูดซับไว้

“งานชิ้นนี้มีแนวโน้มโดยเฉพาะอย่างยิ่งในแง่ของการสาธิตเมื่อเร็ว ๆ นี้ว่าผู้ผลิตชิปสามารถขยายการผลิต metasurfaces ด้วยกระบวนการที่เข้ากันได้กับ CMOS” Halas ผู้เขียนร่วมของการศึกษาการสาธิต metalens ตีพิมพ์ใน ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์. “นี่เป็นการศึกษาขั้นพื้นฐาน แต่ชี้ให้เห็นอย่างชัดเจนถึงกลยุทธ์ใหม่สำหรับการผลิตส่วนประกอบและอุปกรณ์ออปติคัล VUV ขนาดกะทัดรัดที่มีปริมาณงานสูง”

ทีมงานของ Halas แสดงให้เห็นว่าโลหะที่มีขนาดเล็กมากสามารถแปลง UV 394 นาโนเมตรให้เป็นเอาต์พุตเฉพาะของ VUV 197 นาโนเมตร โลหะที่มีรูปร่างเป็นแผ่นเป็นแผ่นโปร่งแสงของสังกะสีออกไซด์ที่บางกว่ากระดาษแผ่นหนึ่งและมีเส้นผ่านศูนย์กลางเพียง 45 ล้านในหนึ่งเมตร ในการสาธิต เลเซอร์ UV-A ขนาด 394 นาโนเมตรถูกฉายที่ด้านหลังของแผ่นดิสก์ และนักวิจัยวัดแสงที่โผล่ออกมาจากอีกด้านหนึ่ง

Catherine Arndt ผู้เขียนร่วมคนแรกของการศึกษา ซึ่งเป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาสาขาฟิสิกส์ประยุกต์ในกลุ่มวิจัยของ Halas กล่าวว่าคุณลักษณะสำคัญของโลหะคือส่วนต่อประสานซึ่งเป็นพื้นผิวด้านหน้าที่ประดับประดาด้วยวงกลมศูนย์กลางของรูปสามเหลี่ยมขนาดเล็ก

“อินเทอร์เฟซเป็นที่ที่ฟิสิกส์ทั้งหมดเกิดขึ้น” เธอกล่าว “ที่จริงแล้ว เรากำลังให้การเลื่อนเฟส โดยเปลี่ยนทั้งความเร็วที่แสงเคลื่อนที่และทิศทางที่แสงเดินทาง เราไม่ต้องรวบรวมแสงออกเพราะเราใช้อิเล็กโทรไดนามิกเพื่อเปลี่ยนเส้นทางไปที่อินเทอร์เฟซที่เราสร้างขึ้น”

แสงสีม่วงมีความยาวคลื่นต่ำสุดที่มนุษย์มองเห็นได้ รังสีอัลตราไวโอเลตมีความยาวคลื่นที่ต่ำกว่า ซึ่งมีตั้งแต่ 400 นาโนเมตรถึง 10 นาโนเมตร UV สูญญากาศที่มีความยาวคลื่นระหว่าง 100-200 นาโนเมตรเป็นชื่อเพราะถูกดูดซับโดยออกซิเจนอย่างมาก โดยทั่วไปแล้ว การใช้แสง VUV ในปัจจุบันต้องใช้ห้องสุญญากาศหรือสภาพแวดล้อมเฉพาะทางอื่นๆ รวมถึงเครื่องจักรเพื่อสร้างและโฟกัส VUV

“วัสดุทั่วไปมักจะไม่สร้าง VUV” Arndt กล่าว “ปัจจุบันผลิตด้วยผลึกที่ไม่เป็นเชิงเส้น ซึ่งมีขนาดใหญ่ มีราคาแพง และมักจะถูกควบคุมโดยการส่งออก ผลที่สุดคือ VUV ค่อนข้างแพง”

ในงานก่อนหน้านี้ Halas, นักฟิสิกส์ข้าว Peter Nordlander, อดีตปริญญาเอก Rice Ph.D. นักศึกษา Michael Semmlinger และคนอื่นๆ แสดงให้เห็นว่าพวกเขาสามารถแปลง UV 394 นาโนเมตรเป็น VUV 197 นาโนเมตรด้วย metasurface ของซิงค์ออกไซด์ เช่นเดียวกับโลหะ เมตาเซอร์เฟซเป็นฟิล์มใสของซิงค์ออกไซด์ที่มีพื้นผิวเป็นลวดลาย แต่รูปแบบที่ต้องการนั้นไม่ซับซ้อนเท่าที่ควร เนื่องจากไม่จำเป็นต้องโฟกัสที่เอาต์พุตของแสง Arndt กล่าว

“Metalenses ใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่าคุณสมบัติของแสงเปลี่ยนไปเมื่อกระทบพื้นผิว” เธอกล่าว “ตัวอย่างเช่น แสงเดินทางผ่านอากาศได้เร็วกว่าการเดินทางผ่านน้ำ นั่นเป็นสาเหตุว่าทำไมคุณถึงได้ภาพสะท้อนบนผิวสระน้ำ พื้นผิวของน้ำเป็นส่วนต่อประสาน และเมื่อแสงแดดกระทบส่วนต่อประสาน แสงนั้นจะสะท้อนออกมาเล็กน้อย”

งานก่อนหน้านี้แสดงให้เห็นว่า metasurface สามารถผลิต VUV โดยการแปลง UV คลื่นยาวผ่านกระบวนการเพิ่มความถี่เป็นสองเท่าที่เรียกว่าการสร้างฮาร์มอนิกที่สอง แต่ VUV นั้นมีค่าใช้จ่ายสูง ส่วนหนึ่ง เพราะมันมีราคาแพงในการจัดการหลังจากผลิต ระบบที่มีจำหน่ายทั่วไปซึ่งสามารถเติมตู้ขนาดใหญ่เท่ากับตู้เย็นหรือรถยนต์ขนาดกะทัดรัดและมีราคาหลายหมื่นเหรียญ เธอกล่าว

“สำหรับโลหะ คุณพยายามสร้างแสงและจัดการมัน” Arndt กล่าว “ในระบอบความยาวคลื่นที่มองเห็นได้ เทคโนโลยีเมทัลเลนมีประสิทธิภาพมาก ชุดหูฟังเสมือนจริงใช้สิ่งนั้น ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมามีการแสดง Metalenses สำหรับความยาวคลื่นที่มองเห็นได้และอินฟราเรด แต่ไม่มีใครทำในช่วงความยาวคลื่นที่สั้นกว่า และวัสดุจำนวนมากดูดซับ VUV สำหรับเราแล้วมันเป็นเพียงความท้าทายโดยรวมที่เห็นว่า ‘เราทำสิ่งนี้ได้ไหม’”

ในการทำโลหะนั้น Arndt ได้ทำงานร่วมกับผู้เขียนร่วม Din Ping Tsai จาก City University of Hong Kong ผู้ช่วยผลิตพื้นผิวโลหะที่สลับซับซ้อน และกับผู้เขียนร่วมสามคนแรก: Semmlinger ซึ่งสำเร็จการศึกษาจาก Rice ในปี 2020 Ming Zhang ที่จบการศึกษาจากข้าวในปี 2564 และ Ming Lun Tseng ผู้ช่วยศาสตราจารย์ที่มหาวิทยาลัย Yang Ming Chiao Tung แห่งชาติของไต้หวัน

การทดสอบที่ Rice แสดงให้เห็นว่าโลหะสามารถโฟกัสเอาต์พุต 197 นาโนเมตรไปยังจุดที่วัดเส้นผ่านศูนย์กลาง 1.7 ไมครอน เพิ่มความหนาแน่นพลังงานของเอาต์พุตแสงได้ถึง 21 เท่า

Arndt กล่าวว่ายังเร็วเกินไปที่จะบอกว่าเทคโนโลยีสามารถแข่งขันกับระบบ VUV ที่ล้ำสมัยได้หรือไม่

“มันเป็นพื้นฐานจริงๆ ในขั้นตอนนี้” เธอกล่าว “แต่มันมีศักยภาพมากมาย สามารถทำได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น จากการศึกษาครั้งแรกนี้ คำถามคือ ‘ใช้ได้ไหม’ ในระยะต่อไป เราจะถามว่า ‘เราจะทำให้มันดีขึ้นได้แค่ไหน’”

ฮาลาสเป็นศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์ของไรซ์ สแตนลีย์ ซี. มัวร์ ผู้อำนวยการสถาบันสมอลลีย์-เคิร์ลของไรซ์ และศาสตราจารย์ด้านเคมี วิศวกรรมชีวภาพ ฟิสิกส์และดาราศาสตร์ และวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมนาโน Nordlander ผู้ร่วมวิจัยคือ Wiess Chair และ Professor of Physics and Astronomy และศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์และวัสดุศาสตร์และ nanoengineering

ผู้ร่วมวิจัยเพิ่มเติม ได้แก่ Benjamin Cerjan และ Jian Yang of Rice; Tzu-Ting Huang และ Cheng Hung Chu จาก Academia Sinica ในไต้หวัน; Hsin Yu Kuo จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติไต้หวัน; Vin-Cent Su จาก National United University ในไต้หวัน; และ Mu Ku Chen จาก City University of Hong Kong

การวิจัยได้รับทุนจากกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีของไต้หวัน (107-2311-B-002-022-MY3, 108-2221-E-002-168-MY4, 110-2636-M-A49-001), National Taiwan University (107-L7728, 107-L7807, YIH-08HZT49001), คณะกรรมการนวัตกรรมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเซินเจิ้น (SGDX2019081623281169) คณะกรรมการทุนมหาวิทยาลัย/สภาทุนวิจัยแห่งเขตบริหารพิเศษฮ่องกงของจีน (AoE/P-502/20) กรมวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งมณฑลกวางตุ้งของจีน (2020B1515120073), ภาควิชาวิศวกรรมไฟฟ้าของมหาวิทยาลัยเมืองฮ่องกง (9380131), โครงการ Yushan Young Scholar ของกระทรวงศึกษาธิการของไต้หวัน, ศูนย์วิจัยวิทยาศาสตร์ประยุกต์ที่สถาบันการศึกษา Sinica ของไต้หวัน, มูลนิธิ Robert A. Welch (C-1220, C-1222), มูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ (1610229, 1842494), สำนักงานวิจัยวิทยาศาสตร์กองทัพอากาศ (MURI FA9550-15-1-0022) และสำนักงานลดภัยคุกคามด้านกลาโหม ( HDTRA1-16-1-0042)

-30-

การศึกษาโดยเพียร์ทบทวน:

“สูญญากาศอัลตราไวโอเลตวัสดุไม่เชิงเส้น” ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์
https://doi.org/10.1126/sciadv.abn5644

ดาวน์โหลดรูปภาพ:

https://news-network.rice.edu/news/files/2022/05/0509_METALENS-ca37-lg.jpg
คำบรรยายภาพ: Catherine Arndt นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจาก Rice University ช่วยสร้างเทคโนโลยีที่อาจก่อกวนสำหรับเลนส์อัลตราไวโอเลต ซึ่งเป็น “โลหะ” แบบโซลิดสเตตที่เปลี่ยน UV คลื่นยาวเป็นรังสี UV แบบดูดกลืนแสง (ภาพโดย เจฟฟ์ ฟิตโลว์/มหาวิทยาลัยไรซ์)

https://news-network.rice.edu/news/files/2022/05/0509_METALENS-Fig-lg.jpg
คำบรรยาย: นักวิจัยด้านโฟโตนิกส์จากมหาวิทยาลัยไรซ์ (Rice University) ได้ทำการแกะสลักอนุภาคนาโนสามเหลี่ยมเล็กๆ หลายร้อยตัวในวงกลมที่มีจุดศูนย์กลางที่กำหนดค่าไว้อย่างแม่นยำบนแผ่นฟิล์มขนาดเล็กที่มีขนาดเล็กกว่าแผ่นกระดาษที่โค้งงอแสงได้ เหมือนเลนส์ทั่วไป โลหะจากข้าวแปลงแสงอัลตราไวโอเลต (สีน้ำเงิน) 394 นาโนเมตรเป็น “ยูวีสูญญากาศ” 197 นาโนเมตร (สีชมพู) และโฟกัสเอาต์พุต VUV ไปพร้อม ๆ กันบนจุดเล็กๆ ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลางน้อยกว่า 2 ในล้าน (อินโฟกราฟิกโดย M. Semmlinger/Rice University)

https://news-network.rice.edu/news/files/2022/05/0509_METALENS-ca52-lg.jpg
คำบรรยายภาพ: Catherine Arndt เป็นนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาสาขาฟิสิกส์ประยุกต์ที่มหาวิทยาลัยไรซ์ (ภาพโดย เจฟฟ์ ฟิตโลว์/มหาวิทยาลัยไรซ์)

https://news-network.rice.edu/news/files/2022/05/0509_METALENS-nh30-lg.jpeg
คำบรรยายภาพ: Naomi Halas แห่งมหาวิทยาลัย Rice เป็นวิศวกร นักเคมี และผู้บุกเบิกด้านวัสดุนาโนที่กระตุ้นแสง (ภาพโดย เจฟฟ์ ฟิตโลว์/มหาวิทยาลัยไรซ์)

ข่าวประชาสัมพันธ์นี้สามารถพบได้ทางออนไลน์ที่ news.rice.edu

ติดตามข่าวสารข้าวและสื่อสัมพันธ์ทาง Twitter @ข้าวไข่เจียว.

ตั้งอยู่ในวิทยาเขตที่มีป่าไม้ 300 เอเคอร์ในฮูสตัน มหาวิทยาลัยไรซ์ได้รับการจัดอันดับให้เป็นหนึ่งในประเทศอย่างต่อเนื่องมหาวิทยาลัยชั้นนำ 20 อันดับแรกโดย US News & World Report ไรซ์มีชื่อเสียงในด้านสถาปัตยกรรมศาสตร์ ธุรกิจ การศึกษาต่อเนื่อง วิศวกรรมศาสตร์ มนุษยศาสตร์ ดนตรี วิทยาศาสตร์ธรรมชาติและสังคมศาสตร์ และเป็นที่ตั้งของสถาบันเบเกอร์เพื่อนโยบายสาธารณะ ด้วยนักศึกษาระดับปริญญาตรี 4,052 คนและนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา 3,484 คน อัตราส่วนนักศึกษาต่อคณาจารย์ระดับปริญญาตรีของ Rice ต่ำกว่า 6 ต่อ 1 ระบบวิทยาลัยที่อยู่อาศัยสร้างชุมชนที่แน่นแฟ้นและมิตรภาพตลอดชีวิต เป็นเพียงเหตุผลเดียวที่ไรซ์ได้รับการจัดอันดับเป็นที่ 1 สำหรับการมีปฏิสัมพันธ์ระหว่างเชื้อชาติ/ชั้นเรียน และอันดับที่ 1 ด้านคุณภาพชีวิตโดย Princeton Review ข้าวยังได้รับการจัดอันดับให้เป็นมหาวิทยาลัยเอกชนที่คุ้มค่าที่สุดโดยการเงินส่วนบุคคลของ Kiplinger


(Visited 1 times, 1 visits today)

Be the first to comment

Leave a comment

Your email address will not be published.


*