To, čo možno považovať za najmenšiu žiarovku na svete, svieti v laboratóriu Rice University a ukazuje možnosti pokroku v oblasti snímania, fotoniky a možno aj výpočtovej techniky nad rámec obmedzení kremíka.
Gururaj Naik z Rice's Brown School of Engineering a postgraduálna študentka Chloe Doiron zostavili nekonvenčné „selektívne tepelné žiariče“ - skladačku materiálov ss rozmermi blízkymi nanorozmerom, ktoré absorbujú teplo a emitujú svetlo.
Ich výskum, zverejnený v časopise Advanced Materials, predstavuje jeden z najnovších postupov vyvinutých laboratóriom, ktoré využíva uhlíkové nanorúrky na usmerňovanie tepla zo strednovlného infračerveného žiarenia na zlepšenie účinnosti solárnych energetických systémov.
Nová stratégia kombinuje niekoľko známych javov do jedinečnej konfigurácie, ktorá premieňa teplo na svetlo - v tomto prípade je však systém vysoko konfigurovateľný.
V podstate, hovorí Naik, vyrobili žiarovkový zdroj svetla tým, že rozdelili jednoprvkový systém - žiariace vlákno v žiarovke - na dve alebo viac podjednotiek. Miešanie a párovanie podjednotiek by mohlo dať systému rôzne možnosti.
Termálne žiariče s nanorozmermi vytvorené na Rice University kombinujú niekoľko známych javov do unikátneho systému, ktorý premieňa teplo na svetlo. Systém je vysoko konfigurovateľný a dokáže produkovať svetlo so špecifickými vlastnosťami na požadovaných vlnových dĺžkach. (Credit: Illustration by Chloe Doiron/Rice University)
"Predchádzajúci článok bol o zvyšovaní účinnosti solárnych článkov," uviedol Naik, odborný asistent elektrotechniky a informatiky. „Tentoraz je prielom viac vo vede ako v aplikácii. Naším cieľom bolo vybudovať tepelný svetelný zdroj s nanorozmermi so špecifickými vlastnosťami, ako napríklad vyžarovanie pri určitej vlnovej dĺžke alebo vyžarovanie extrémne jasných alebo nových stavov tepelného svetla."
„Predtým ľudia považovali zdroj svetla za jeden z prvkov a snažili sa z neho dostať čo najviac,“ povedal. „Zdroj však rozdelíme na mnoho drobných prvkov. Podskupiny sme dali dokopy tak, aby spolu navzájom pôsobili. Jeden prvok môže dať jas; ďalší prvok by sa mohol vyladiť tak, aby poskytoval špecifickosť vlnovej dĺžky. Zdieľame bremeno medzi mnoho malých častí."
"Cieľom je spoliehať sa na kolektívne správanie, nie iba na jeden prvok," uviedol Naik. „Rozdelenie vlákna na mnoho častí nám dáva väčšiu mieru voľnosti pri navrhovaní funkčnosti."
Systém sa spolieha na ne-Hermitovskú fyziku, kvantový mechanický spôsob, ako opísať „otvorené“ systémy, ktoré rozptyľujú energiu - v tomto prípade teplo - vo väčšej miere ako ju udržiavajú. Naik a Doiron vo svojich experimentoch kombinovali dva druhy pasívnych oscilátorov blízkych nanorozmerom, ktoré sú elektromagneticky spojené pri zahrievaní na približne 700 stupňov Celzia. Keď kovový oscilátor vyžaroval tepelné svetlo, spustil pripojený kremíkový disk, aby svetlo uložil a uvoľnil požadovaným spôsobom, uviedol Naik.
Výstup rezonátora vyžarujúceho svetlo, povedala Doiron, sa dá regulovať tlmením stratového rezonátora, alebo ovládaním úrovne spojenia prostredníctvom tretieho prvku medzi rezonátormi. "Jas a selektivita sa menia," povedala. „Polovodiče vám poskytujú vysokú selektivitu, ale nízky jas, zatiaľ čo kovy vám dodávajú veľmi jasné emisie, ale nízku selektivitu. Spojením týchto prvkov môžeme získať to najlepšie z oboch svetov.“
"Potenciálny vedecký význam to má v tom smere, že to dokážeme nielen dvoma prvkami, ale aj mnohými ďalšími," uviedol Naik. "Fyzika zostáva rovnaká."
Obrázok z elektónového mikroskopu ukazuje pole termálnych žiaričov svetla vytvorený inžiniermi Rice University. Žiariče dokážu dodať vysoko konfigurovateľné termálne svetlo. (Credit: The Naik Lab/Rice University)
Poznamenal, že hoci komerčné žiarovky pre svoju energetickú účinnosť ustúpili do úzadia a nahrádzajú ich LED, žiarovky sú stále jediným praktickým prostriedkom na výrobu infračerveného svetla. "Infračervená detekcia aj snímanie sa spoliehajú na tieto zdroje," uviedol Naik. „Vytvorili sme nový spôsob, ako budovať svetelné zdroje, ktoré sú jasné, smerové a vyžarujú svetlo v konkrétnych stavoch a vlnových dĺžkach vrátane infračerveného žiarenia.“
Možnosti snímania spočívajú v „výnimočnom bode systému“, uviedol. "Existuje optický fázový prechod kvôli tomu, ako sme spojili tieto dva rezonátory," uviedol Naik. „Miestu, kde sa to stane, sa hovorí výnimočný bod, pretože je mimoriadne citlivý na akékoľvek rušenie okolo neho. Vďaka tomu sú tieto zariadenia vhodné pre senzory. Existujú senzory s mikroskopickou optikou, ale na zariadeniach, ktoré využívajú nanofotoniku, nič také doteraz nebolo.“
“Prínosy môžu byť veľké pre nasledujúcu generáciu počítačov. Organizácia International Roadmap for Semiconductor Technology (ITRS) chápe, že polovodičová technológia dosahuje saturáciu a uvažujú o tom, čo prepínače budúcej generácie nahradia kremíkové tranzistory,“ uviedol Naik. „ITRS predpovedala, že to bude optický prepínač a že bude používať koncepciu paritnej symetrie, ako to robíme tu, pretože prepínač musí byť jednosmerný. Vysiela svetlo v požadovanom smere a žiadne sa nevracia, ako dióda svetla namiesto elektriny.“
Výskum podporila Národná vedecká nadácia.
Zdroj: news.rice.edu
Zíram
To je asi na Nobelovu cenu.
Konkrétne Nobelovu cenu mieru (zamier a zastrel).
Lebo nasledovný výrok nepochybne vôjde do dejín (prípadne aj ďalej - t.j. na smetisko): "žiarovky sú stále jediným praktickým prostriedkom na výrobu infračerveného svetla. "Infračervená detekcia aj snímanie sa spoliehajú na tieto zdroje," uviedol Naik"
Ale aj nasledovný objav je skvost: "vysoko konfigurovateľné termálne svetlo".
Zvláštne je, že "nekonvenčné „selektívne tepelné žiariče“ - skladačku materiálov ss rozmermi blízkymi nanorozmerom, ktoré absorbujú teplo a emitujú svetlo" sú dosť obrovské, keďže podľa priloženej snímky z elektrónového mikroskopu majú tie disky priemer 1um - čiže 1000 nm (čo sa dá vyrobiť aj doma a pri pozornej práci aj nožíkom.
Ale fajn, že už niekto konečne pokoril I. vetu termodynamickú, ktorá iste pila všetkým krv ;)