Hvězdice a kvantový laser

Objevy z Bellových laboratoří Na nanotechnologie stále více vsázejí výzkumné týmy Bellových laboratoří. Důkazem...


Objevy z Bellových laboratoří
Na nanotechnologie stále více vsázejí výzkumné týmy Bellových laboratoří.
Důkazem toho je řada objevů, které se v poslední době podařilo uskutečnit
vědcům z této divize společnosti Lucent Technologies.
Průlomových objevem by se mohla stát technologie přípravy vysokokvalitních
krystalů, o nichž se předpokládá, že v budoucnosti najdou využití v
komunikačních sítích.

Podle hvězdic
Umělá příprava krystalů za běžných teplotních podmínek byla inspirována
procesy, které probíhají v přírodě. "Vždy mě fascinovala schopnost přírody
vytvářet ojedinělé, dokonalé materiály," uvedla Joanna Aizenbergová, která
výzkum krystalů v Bellových laboratořích vede. Její tým nejen objevil, jakým
způsobem příroda vytváří neobyčejně komplexní vzory mikrokrystalů, ale vědcům
se podařilo celý proces zopakovat také v laboratorních podmínkách. Vápnité
složky jistých druhů ostnokožců, na něž se výzkum Joanny Aizenbergové
soustředil, "umí" vytvářet i jakési mikročočky, vyznačující s neobyčejně
příznivými optickými vlastnostmi. Objev seskupení těchto mikročoček, vzniklých
přirozenou cestou biomineralizace a nacházejících se na pažích mořských hvězdic
druhu Ophiocoma wendtii, vyvolal překvapení před několika lety, kdy byl
publikován v časopise Nature.
Struktury tisíců průhledných mikročoček si hvězdice vytvářejí kvůli ochraně
před svými přirozenými mořskými nepřáteli. "Když jsme v laboratoři pozorovali
tyto drobounké čočky," poznamenala Joanna Aizenbergová, "zjistili jsme, že jsou
opticky prostě perfektní." Pozoruhodné je, že jejich soustava je napojená na
nervy hvězdice, takže slouží jako jakýsi kompaktní pozorovací systém, jenž je
tak dokonalý, že jej podle Aizenbergové můžeme přirovnat k digitálnímu
fotoaparátu sestavujícímu obraz pixel po pixelu. Složité předivo
mikroskopických čoček dokáže reagovat i na velmi slabý světelný paprsek, které
čočky zesilují a navádějí přímo na nervy hvězdice. Popsaný mechanismus
vysvětluje neobyčejnou citlivost tohoto druhu hvězdic na světlo.
Vysvětlení této optické schopnosti bylo ale teprve prvním krokem. Co výzkumný
tým z Bell Labs zajímalo především, byl způsob, jak si hvězdice svůj pozorovací
systém vlastně vytvářejí. Vědci jsou přesvědčeni, že studium těchto přírodních
jevů se v budoucnosti bude moci využít v integrovaných optoelektronických
obvodech.

Tranzistory
Jiná skupina vědců z Bell Labs pokračuje ve vývoji organických tranzistorů.
Před nedávnem se jí podařilo zkonstruovat prototyp procesoru, který je
milionkrát menší než zrnko písku. Využili metodu samočinného chemického
sestavení, která představuje klíč k minimalizaci délky kanálu tranzistoru. Tato
délka kanálu experimentálních nanotranzistorů je jeden až dva nanometry.
Ostře sledovaná technologie výroby nesmírně malých procesorů umožní nejen
konstrukci miniaturních a výkonných počítačů, ale povede ke komputerizaci
jiných zařízení a přístrojů, např. chirurgických nástrojů či inteligentních
zbrojních systémů.

Laser QCL
Koncem 50. let minulého století byl v Bellových laboratořích v Murray Hill
zkonstruován první laser. Začátkem letošního května byl pak skupinou vědců
fyzikálního výzkumného ústavu Bell Labs (tentokrát se sídlem v texaském
Austinu) představen prototyp kvantového kaskádového laseru (QCL), který pracuje
na odlišném principu než běžné polovodičové lasery, využívané dnes masově např.
v optických záznamových zařízeních typu CD a DVD.
Základní inovace tkví v tom, že lasery dosud dokázaly emitovat pouze
monochramatické (jednobarevné) světlo, nyní se situace mění. Kvantový kaskádový
laser (QCL) pracuje stejně jako většina druhů laserů na principu kvantových
přechodů. Prostředí, v němž k těmto jevům dochází, se skládá z nesmírně tenkých
vrstev polovodičů. Mezi nimi, v jakési kvantové jímce o velikosti maximálně
jednoho nanometru, kterou tvoří tenounká vrstvička galia a hliníku, dochází ke
kvantovým jevům, kdy se elektrony dostávají do excitovaného stavu, ztrácejí
energii a vyzařují fotony. Elektron přitom nevyzařuje foton jednou, jako v
dosavadních laserech, ale vícekrát, v jakýchsi kaskádách. Popsaného efektu se
dociluje tím, že je elektron uzavřen v "kvantové pasti" a sestupuje v kaskádách
z jedné vrstvy do druhé, přičemž při každém novém skoku znovu emituje foton.
Právě z tohoto důvodu je nový typ daleko výkonnější než všechny dosud známé
druhy laserů.
Claire Gmachl, jenž vývoj nového laseru vedl, upozornil na zasedání Americké
fyzikální společnosti, že se QCL řadí do třídy vysoce kvalitních polovodičových
laserů. Díky tomu, že dokáže emitovat světlo kontinuálně, jej můžeme přirovnat
k jakémusi elektronovému vodopádu. Této schopnosti QCL se nabízí široké pole
využití od vývoje velmi rychlých telekomunikačních přístrojů po ultracitlivé
chemické senzory.









Komentáře
K tomuto článku není připojena žádná diskuze, nebo byla zakázána.