矽晶片氣體掃描

基於晶片的光譜學可能催生行動式化學感測器、原子鐘和量子驅動的資訊網路

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一種新的方法,即將光線照射穿過被困在矽晶片中的氣體,可能為更簡單、更便攜的計時器、化學感測器以及基於量子怪異現象執行的通訊網路的試驗平臺指明方向。研究人員將光泵入嵌入矽中並充滿氣態銣原子的空心矩形腔室的一端。特殊塗層的腔體將光線引導到另一端,在那裡,研究小組可以檢測到氣體沿途吸收了哪些頻率的光。

用光照射原子是化學家的基本工具,他們可以透過原子吸收的特徵頻率來識別物質,對於研究光和物質如何相互作用的研究人員來說也是如此。但加州大學聖克魯茲分校的實驗物理學家霍爾格·施密特和他的同事表示,所謂的 spectroscopy(光譜學)系統以前從未與積體電路相匹配。

施密特和他的同事透過在空心釐米長腔室上塗覆氧化矽和氮化矽層來解決這個問題。就像反向的光纖一樣,鏡面層將光線反射回充滿銣的腔室,而不是讓光線逸出。根據《自然·光子學》最近線上發表的報告,腔室兩端不同層次的排列使得雷射可以透過光纖進入和離開腔室的末端。


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施密特說,一個可能的應用是透過將空氣泵入這種晶片來取樣空氣,並掃描工廠或有化學武器攻擊風險區域的低濃度化學物質。他說,更直接的應用將是一種透過將半導體雷射頻率調諧到銣或其他原子的振動來提高其精度的方法——這對化學家來說是一個有用的技巧。

俄勒岡大學的光學研究員邁克爾·雷默說,類似地,它可以將這些振動轉化為精確的計時器,這可能使計算機網路受益。施密特說,更進一步來看,研究人員可能會使用該系統進行實驗,在這些實驗中,原子會大幅減慢光速,或者儲存編碼在光模糊量子態中的資訊。

雷默說,最令人興奮的應用尚未到來,因為該裝置連線了原子物理學和整合光學這兩個以前獨立的領域。“當你把兩個領域結合在一起時,往往會產生完全出乎意料的想法。”

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