Journal Club 2014 | Gruppo Struttura Fotonica Tanabe

Club del giornale

Per anno (aprile-dicembre)

＜Sessione di ascolto del "Journal Club".

ESERCIZIO 2014.

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La richiesta di un'elevata integrazione dei dispositivi e di un basso consumo energetico ha portato alla necessità di componenti elettronici su scala nanometrica. In questo studio è stato realizzato un interruttore atomico formando un contatto di alluminio di dimensioni atomiche sul collo di un filo di alluminio. Questo si basa sulla variazione della conducibilità elettrica causata da un cambiamento nella posizione degli atomi, chiamata elettromigrazione, che si verifica quando una corrente elettrica viene applicata al contatto. In questa ricerca, la bistabilità della conduttività elettrica viene utilizzata anche per applicazioni di memoria.

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Il ruolo delle molecole di gas nel metabolismo degli organismi viventi, quando e dove, è ancora in gran parte sconosciuto. Ciò è dovuto alla natura dei gas stessi e alla difficoltà della loro misurazione. La luce di diffusione Raman viene spesso utilizzata per rilevare le molecole di gas, ma l'intensità della luce di diffusione Raman è debole e difficile da rilevare. In questo lavoro, un nuovo dispositivo per la misurazione e la mappatura degli spettri Raman di sezioni di cervello di topo utilizzando il Serface Enhanced Raman Scattering (SERS) è stato fabbricato con successo a un costo ridotto e in modo semplificato.

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Recentemente è stata studiata l'optomeccanica basata sulla pressione della radiazione ottica, ma il suo funzionamento è considerato molto piccolo (pochi nm) e non adatto alle applicazioni. In questo lavoro, è stata fabbricata una struttura "photon see-saw" e due risonatori sono stati accoppiati con successo e i fotoni sono stati scambiati utilizzando la rotazione optomeccanica.

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Lo sviluppo di una sorgente stabile di fotoni singoli è una sfida importante per le comunicazioni quantistiche. I punti quantici rappresentano una soluzione a questo problema. La stabilità della generazione di fotoni singoli dipende fortemente dall'intensità del laser, poiché si verificano oscillazioni Rabi nel numero di fotoni singoli generati a causa di cambiamenti nell'area dell'impulso. In questo studio, i fotoni singoli sono stati generati in modo stabile utilizzando la tecnica Adiabatic Rapid Passage, in cui viene applicato un chirping positivo all'impulso incidente, e i fotoni singoli della stessa natura sono stati generati in modo continuo con una probabilità di 99,51 TP3T, come confermato dal test di Hong Ou Mandel. I risultati sono stati confermati dall'interferenza di Hong Ou Mandel.

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I QED a cavità sono un concetto ben noto nella comunicazione quantistica, dove possono essere utilizzati come sorgente di fotoni singoli e per lo scambio ottico di stati quantistici. Gli atomi in un QED a cavità presentano sempre oscillazioni Rabi, che si muovono costantemente tra il livello eccitato e il livello di riferimento. Si pensa che la comunicazione di informazioni quantistiche possa essere controllata attraverso il controllo di queste oscillazioni. Tuttavia, mentre questo controllo è stato ottenuto nel regime delle microonde, non è stato raggiunto nel regime delle frequenze ottiche. Questo articolo descrive come è stato ottenuto utilizzando i cristalli fotonici e l'effetto Stark shift.

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In meccanica quantistica, la capacità di identificare gli stati di sovrapposizione determina la presenza o meno dell'interferenza quantistica. Inoltre, osservando uno degli stati quantistici entangled, è possibile conoscere l'altro stato. In questo articolo presentiamo il concetto di imaging quantistico, che sfrutta queste due interessanti proprietà. In particolare, si tratta di un sistema che consente di rilevare le immagini dell'oggetto, senza rilevare la luce stessa che interagisce con l'oggetto. Ciò dovrebbe ampliare la scelta dei rivelatori e delle sorgenti luminose. Inoltre, questo metodo ha il vantaggio, rispetto ad altri metodi di imaging quantistico, di non dover eseguire misure di coincidenza.

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Si prevede che i metamateriali saranno applicati alla tecnologia di occultamento e alle iperlenti, ma il loro comportamento è determinato dai materiali che li compongono e dal modo in cui sono disposti, per cui è stato considerato difficile fabbricare materiali che richiedono elevati indici di rifrazione e altri materiali che raramente esistono in natura. In questo lavoro dimostriamo che è possibile creare byte metamateriali con qualsiasi costante dielettrica combinando solo due materiali chiamati bit metamateriali e che è possibile fabbricare iperlenti disponendoli in modo appropriato.

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La fabbricazione di dispositivi fotonici su substrati plastici sottili e morbidi è utile per applicazioni come i sensori che possono essere utilizzati sulla superficie della pelle umana, ma i metodi di fabbricazione convenzionali sono difficili da integrare in modi complessi e hanno capacità limitate. Nel presente lavoro, gli autori hanno fabbricato dispositivi fotonici morbidi in un unico pezzo utilizzando vetri calcogenuri con un elevato contrasto di indice di rifrazione. Si prevede che lo sviluppo di questa tecnologia possa essere applicato a vari dispositivi fotonici. In questa presentazione verranno illustrati alcuni esperimenti condotti con questa tecnica.

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Sebbene siano già state studiate lenti a film ultrasottile in oro basate su metamateriali, questo studio progetta e crea una lente a film ultrasottile utilizzando solo il silicio, con vantaggi in termini di semplicità del processo ed efficienza economica. Normalmente, i fronti d'onda vengono modellati modulando spazialmente la fase da 0 a 2π, ma in questo studio la lente viene progettata combinando la modulazione da 0 a π e la polarizzazione circolare. Nel corso della presentazione verranno presentate anche altre ricerche sulle lenti a film ultrasottile fabbricate su base di silicio.

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I fotoni sono particelle neutre che non interagiscono direttamente con i campi magnetici, ma recenti studi teorici hanno dimostrato che può esistere un campo magnetico effettivo per i fotoni se la fase della luce cambia con la direzione di propagazione. Nel presente studio, l'effetto di questo campo magnetico effettivo è stato osservato sperimentalmente utilizzando un interferometro di tipo Ramsey al silicio. Un flusso magnetico efficace compreso tra 0 e 2π corrispondente a uno sfasamento non reciproco di 2π con un rapporto di estinzione delle frange di interferenza di 2,4 dB è stato ottenuto a una lunghezza dell'interferometro di 8,35 mm, che è paragonabile a quella ottenuta in dispositivi integrati monolitici che utilizzano comuni materiali magneto-ottici. La presentazione illustrerà anche il lavoro teorico sui campi magnetici efficaci di S. Fan et al.

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Si prevede che la luce terahertz sarà utilizzata per il rilevamento e la comunicazione wireless, ma i dispositivi utilizzati per il rilevamento hanno un problema di dimensioni. Sono state condotte ricerche sul rilevamento della luce terahertz con dispositivi minuscoli che utilizzano metamateriali, ma la larghezza di banda di frequenza rilevabile è troppo stretta. In questo lavoro si utilizzano cristalli fotonici e si apportano alcuni miglioramenti alla struttura per consentire il rilevamento in un'ampia banda di frequenza in dispositivi di piccole dimensioni.

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Negli ultimi anni, la ricerca sulla comunicazione di informazioni tramite la luce è progredita e la memoria ottica di segnali che utilizza micro-risonatori ottici e EIT ha attirato molta attenzione. In questa ricerca è stato dimostrato che lo stato meccanico della struttura del dispositivo può essere modificato controllando la luce incidente sul dispositivo e che, identificando e memorizzando i segnali in base a questa differenza di stato, è stato possibile migliorare il tempo di memorizzazione dei segnali e il funzionamento a temperatura ambiente.

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La rilevazione ottica di piccole unità come molecole o atomi è stata dimostrata a temperatura criogenica mediante diffusione Raman, assorbimento, fluoresenza, ecc. Tuttavia, ciò che viene già rilevato è l'insieme dei segnali di singole molecole, che decade rapidamente nell'ordine dei picosecondi a causa della decoerenza dei segnali emessi. Pertanto, il vero significato del rilevamento delle vibrazioni di una singola molecola è riportato per la prima volta in questo articolo. Questa volta la conferenza sarà tenuta in inglese per motivi personali.

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Negli ultimi anni sono aumentate le enormi quantità di trasmissione di dati, come il download di video, e si desidera una maggiore capacità di comunicazione. Nelle comunicazioni ottiche, per aumentare la capacità di trasmissione sono stati presi in considerazione vari metodi di multiplazione, come la multiplazione a divisione di lunghezza d'onda, la multiplazione a divisione di tempo e la multiplazione a divisione di polarizzazione. In questo studio, la frequenza angolare orbitale viene utilizzata come elemento aggiuntivo che può essere aggiunto a questi metodi di multiplazione, e la multiplazione insieme alla polarizzazione ha realizzato comunicazioni ad alta capacità dell'ordine dei terabit.

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Le nanoparticelle a conversione ascendente sono in grado di convertire la luce infrarossa in luce visibile e dovrebbero essere utilizzate nelle celle solari e nell'imaging ecologico. Per funzionare come nanoparticelle a conversione ascendente, devono essere drogate con un sensibilizzatore che assorbe la luce infrarossa e un attivatore che emette luce visibile. L'intensità della luce visibile emessa dipende dalla quantità di attivatore e ricerche precedenti hanno già dimostrato che esiste una quantità ottimale di attivatore. Ciò significa che l'intensità della luce visibile emessa dalle nanoparticelle è considerata dal pubblico intrinsecamente limitata. In questo lavoro è stato studiato un metodo per superare questo limite ed è stata ottenuta con successo un'emissione di luce visibile 70 volte più forte dell'intensità di emissione considerata massima in passato.

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Un accoppiamento saldabile tra un micro-risonatore ottico toroidale e una fibra conica è stato ottenuto con successo utilizzando un laser a CO2 e un valore Q di 3,21×10^5. Inoltre, sono state effettuate misure ottiche del micro-risonatore ottico toroidale utilizzando un canale microfluidico tridimensionale creato da un laser a femtosecondi, e l'indice di rifrazione, che cambia con la concentrazione di acqua salata, è stato misurato con successo nell'ordine di 10^-4. Il punto chiave di questo esperimento è stato il confezionamento di un risonatore micro-ottico toroidale con un alto valore Q e un canale microfluidico tridimensionale.

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La modulazione ottica a 10 Gb/s è stata ottenuta per la prima volta utilizzando guide d'onda in cristallo fotonico con giunzioni pn incorporate. Le guide d'onda a cristallo fotonico sono state fabbricate con un processo compatibile con CMOS e ricoperte da un rivestimento in silice. La modulazione ottica è stata eseguita utilizzando segnali elettrici senza ritorno a zero e sono stati osservati buoni modelli di occhio a velocità di modulazione di 10 Gb/s e 2 Gb/s, rispettivamente. La presentazione includerà anche lavori correlati sui risonatori a cristalli fotonici che utilizzano luce lenta e processi compatibili con CMOS.

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La distribuzione di chiavi quantistiche utilizzando singoli fotoni è stata proposta come metodo di comunicazione assolutamente sicuro, ma uno dei problemi nella realizzazione di reti di comunicazione quantistica è che ogni ricevitore (rivelatore) deve essere altamente preciso. In questo studio viene proposta una rete uno-a-molti con più mittenti per un singolo ricevitore e viene condotto uno studio sperimentale. Poiché viene utilizzato un solo ricevitore, la rete può essere facilmente costruita e si prevede che renderà la comunicazione quantistica più accessibile.

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Negli ultimi anni sono stati riportati molti risultati di ricerca notevoli nel campo dei dispositivi con mezzi e strutture casuali, come i laser casuali. Nei dispositivi casuali, anche i modi di luce sono multipli e casuali, ma è stato dimostrato che è teoricamente possibile selezionare un determinato modo di luce. In questo studio abbiamo fabbricato tali dispositivi e verificato i risultati. Stiamo anche esaminando quali fenomeni si verificano aggiungendo al dispositivo una post-elaborazione. La presentazione si concentrerà sui risultati degli esperimenti.

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Negli ultimi anni, sono stati riportati molti risultati di ricerca notevoli nel campo della combinazione di atomi e dispositivi ottici, come la Cavity QED. In questo studio viene proposta una nuova guida d'onda in cristallo fotonico dalla forma particolare, denominata Alligator Photonic crystal waveguide (APCW). L'APCW è caratterizzata dalla capacità di catturare e manipolare gli atomi nelle vicinanze della guida d'onda. La prospettiva futura di questa APCW è che sarà possibile costruire sistemi che mescolano atomi e fotoni integrati nello stesso chip. Il principio dettagliato dell'APCW sarà spiegato durante la giornata.

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Nello sviluppo dei veicoli spaziali si stanno sviluppando le vele solari, che utilizzano la pressione luminosa del sole come propulsione. In passato, la forza propulsiva veniva generalmente controllata modificando la riflettività del film sottile che funge da vela, ma il presente lavoro propone un metodo per controllare la forza propulsiva della pressione luminosa attraverso la struttura dell'oggetto, dimostrando il processo di calcolo e la prova. Si tratta di un risultato che potrebbe servire come nuovo metodo di progettazione delle vele solari.

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I sistemi ottici con perdite e guadagni bilanciati possono fornire piattaforme uniche simili ai sistemi quantistici classici. In questo articolo mostriamo che la rottura della simmetria parità-tempo (PT) si verifica in risonatori ottici in cui la luce è densamente concentrata in modo da potenziare gli effetti non lineari. Si tratta di un campo poco conosciuto, ma cercherò di spiegarlo nel modo più chiaro possibile nella mia presentazione.

Vi informeremo regolarmente sugli eventi.
Chiunque può iscriversi.

Che cos'è il Journal Club?
Si tratta di una serie di conferenze aperte che si tengono nel Tanabe Photonic Structures Laboratory. Gli studenti, a partire dal livello post-laurea, esaminano documenti relativi all'ottica e alle tecnologie correlate, come la fotonica, i materiali, le bioscienze, ecc. e li spiegano in modo semplice e comprensibile.

Informazioni sull'auditing
Le conferenze sono gratuite, indipendentemente dal fatto che ci si trovi all'interno o all'esterno del campus. Le conferenze si terranno regolarmente, quindi se siete interessati a qualche argomento, venite e partecipate. Non è necessario un preavviso per partecipare, ma se ci contattate in anticipo, prepareremo il materiale per voi.

Annuncio dell'evento.
Il Journal Club è organizzato sul nostro sito web e sulla mailing list. Se vi iscrivete alla mailing list, riceverete periodicamente via e-mail gli inviti alle riunioni.

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