(PhysOrg.com) -- Technische onderzoekers hebben een zeer kleine lichtstraal met slechts 1 milliwatt vermogen gebruikt om een ​​siliciumstructuur tot 12 nanometer te verplaatsen.

Met een beetje hefboomwerking, Cornell-onderzoekers hebben een zeer kleine lichtstraal met slechts 1 milliwatt aan vermogen gebruikt om een ​​siliciumstructuur tot 12 nanometer te verplaatsen. Dat is genoeg om de optische eigenschappen van de structuur volledig om te schakelen van ondoorzichtig naar transparant, meldden ze.

De technologie kan toepassingen hebben in het ontwerp van micro-elektromechanische systemen (MEMS) -- apparaten op nanoschaal met bewegende delen -- en micro-optomechanische systemen (MOMS) die bewegende delen combineren met fotonische circuits, zei Michal Lipson, universitair hoofddocent elektrotechniek en computertechniek.

Het onderzoek van postdoctoraal onderzoeker Gustavo Wiederhecker, Lange Chen, doctoraat '09, Alexander Gondarenko, doctoraat '10, en Lipson verschijnt in de online editie van het tijdschrift Natuur en zal verschijnen in een volgende gedrukte editie.

Licht kan worden gezien als een stroom deeltjes die een kracht kunnen uitoefenen op alles wat ze raken. De zon slaat je niet van je voeten omdat de kracht erg klein is, maar op nanoschaal kan het aanzienlijk zijn. "De uitdaging is dat er grote optische krachten nodig zijn om de geometrie van fotonische structuren te veranderen, ' legde Lipson uit.

Maar de onderzoekers waren in staat om de benodigde kracht te verminderen door twee ringresonatoren te creëren - cirkelvormige golfgeleiders waarvan de omtrek overeenkomt met een veelvoud van de golflengte van het gebruikte licht - en gebruikmakend van de koppeling tussen lichtstralen die door de twee ringen gaan.

Een lichtstraal bestaat uit oscillerende elektrische en magnetische velden, en deze velden kunnen objecten in de buurt aantrekken, een microscopisch equivalent van de manier waarop statische elektriciteit op kleding pluisjes aantrekt. Dit fenomeen wordt uitgebuit in "optische pincetten" die door natuurkundigen worden gebruikt om kleine objecten te vangen. De krachten hebben de neiging om alles aan de rand van de balk naar het midden te trekken.

Wanneer licht door een golfgeleider reist waarvan de doorsnede kleiner is dan de golflengte ervan, wordt een deel van het licht gemorst, en daarmee de aantrekkingskracht. Dus parallelle golfgeleiders dicht bij elkaar, elk met een lichtstraal, nog dichterbij komen, eerder als twee stromen regenwater op een ruit die elkaar raken en door oppervlaktespanning worden samengetrokken.

De onderzoekers creëerden een structuur bestaande uit twee dunne, platte siliciumnitrideringen met een diameter van ongeveer 30 micron (miljoensten van een meter) boven elkaar gemonteerd en door dunne spaken verbonden met een voetstuk. Denk aan twee fietswielen op een verticale as, maar elk met slechts vier dunne, flexibele spaken. De ringgolfgeleiders zijn drie micron breed en 190 nanometer (nm -- miljardsten van een meter) dik, en de ringen zijn 1 micron uit elkaar geplaatst.

Wanneer licht met een resonantiefrequentie van de ringen, in dit geval infrarood licht bij 1533,5 nm, wordt in de ringen gevoerd, de kracht tussen de ringen is voldoende om de ringen tot 12 nm te vervormen, die de onderzoekers toonden was voldoende om andere resonanties te veranderen en andere lichtstralen die door de ringen reizen aan en uit te schakelen. Wanneer het licht in beide ringen in fase is -- de pieken en dalen van de golf passen -- worden de twee ringen samengetrokken. Als het uit fase is, worden ze afgestoten. Het laatste fenomeen kan nuttig zijn in MEMS, waar een voortdurend probleem is dat siliconenonderdelen de neiging hebben om aan elkaar te kleven, zei Lipson.

Een toepassing in fotonische circuits zou kunnen zijn om een ​​afstembaar filter te maken om één bepaalde optische golflengte door te laten, Wiederhecker suggereerde.

Aangeboden door Cornell University (nieuws:web)