Elektronmikroskopi av två tunna, platta ringar av kiselnitrid, varje 190 nanometer tjock och monterade en miljonedel av en meter från varandra. Ljus matas in i ringresonatorerna från den raka vågledaren till höger. Under de rätta förhållandena är optiska krafter mellan de två ringarna tillräckliga för att böja de tunna ekrarna och dra ringarna mot varandra, ändrar sina resonanser tillräckligt för att fungera som en optisk switch. Kredit:Cornell Nanophotonics Group
(PhysOrg.com) -- Ingenjörsforskare har använt en mycket liten ljusstråle med så lite som 1 milliwatt effekt för att flytta en kiselstruktur upp till 12 nanometer.
Med lite hävstång, Cornell-forskare har använt en mycket liten ljusstråle med så lite som 1 milliwatt effekt för att flytta en kiselstruktur upp till 12 nanometer. Det räcker för att helt byta strukturens optiska egenskaper från ogenomskinlig till transparent, rapporterade de.
Tekniken kan ha tillämpningar i designen av mikroelektromekaniska system (MEMS) - nanoskala enheter med rörliga delar - och mikrooptomekaniska system (MOMS) som kombinerar rörliga delar med fotoniska kretsar, sa Michal Lipson, docent i el- och datateknik.
Forskningen av postdoktorn Gustavo Wiederhecker, Lång Chen, Ph.D. '09, Alexander Gondarenko, Ph.D. '10, och Lipson visas i onlineutgåvan av tidskriften Natur och kommer att dyka upp i en kommande tryckt upplaga.
Ljus kan ses som en ström av partiklar som kan utöva en kraft på vad de än träffar. Solen slår dig inte av fötterna eftersom kraften är väldigt liten, men i nanoskala kan det vara betydande. "Utmaningen är att det krävs stora optiska krafter för att ändra geometrin hos fotoniska strukturer, ", förklarade Lipson.
Men forskarna kunde minska kraften som krävs genom att skapa två ringresonatorer - cirkulära vågledare vars omkrets matchas till en multipel av våglängden på det använda ljuset - och utnyttja kopplingen mellan ljusstrålar som färdas genom de två ringarna.
En ljusstråle består av oscillerande elektriska och magnetiska fält, och dessa fält kan dra in närliggande föremål, en mikroskopisk motsvarighet till hur statisk elektricitet på kläder drar till sig ludd. Detta fenomen utnyttjas i "optisk pincett" som används av fysiker för att fånga små föremål. Krafterna tenderar att dra vad som helst vid kanten av balken mot mitten.
När ljuset rör sig genom en vågledare vars tvärsnitt är mindre än dess våglängd, spills en del av ljuset över, och med den attraktionskraften. Så parallella vågledare nära varandra, var och en bär en ljusstråle, dras ännu närmare, snarare som två strömmar av regnvatten på en fönsterruta som berör och dras samman av ytspänning.
Forskarna skapade en struktur bestående av två tunna, platta kiselnitridringar med en diameter på cirka 30 mikron (miljondelar av en meter) monterade ovanför varandra och anslutna till en piedestal med tunna ekrar. Tänk på två cykelhjul på en vertikal axel, men var och en med bara fyra tunna, flexibla ekrar. Ringvågledarna är tre mikron breda och 190 nanometer (nm - miljarddels meter) tjocka, och ringarna är åtskilda med 1 mikron från varandra.
När ljuset vid en resonansfrekvens av ringarna, i detta fall infrarött ljus vid 1533,5 nm, matas in i ringarna, kraften mellan ringarna är tillräcklig för att deformera ringarna med upp till 12 nm, vilket forskarna visade var tillräckligt för att ändra andra resonanser och koppla på och stänga av andra ljusstrålar som färdas genom ringarna. När ljuset i båda ringarna är i fas - vågens toppar och dalar matchar - dras de två ringarna ihop. När den är ur fas avstöts de. Det senare fenomenet kan vara användbart i MEMS, där ett pågående problem är att kiseldelar tenderar att hålla ihop, Sa Lipson.
En applikation i fotoniska kretsar kan vara att skapa ett avstämbart filter för att passera en viss optisk våglängd, Wiederhecker föreslog.
Tillhandahålls av Cornell University (nyheter:web)
