Học viện công nghệ California phát triển giải pháp giúp tập trung ánh sáng thành điểm siêu nhỏ

Các kĩ sư tại Học viện công nghệ California (Caltech) mới đây đã tạo ra một thiết bị giúp tập trung ánh sáng lại thành một điểm nhỏ chỉ vài nano mét. Từ trước đến nay, ánh sáng chưa bao giờ được hội tụ ở mức nhỏ như thế này, và nhờ đó mà công nghệ của Caltech hứa hẹn sẽ mang lại những bước tiến trong lĩnh vực điện toán, truyền thông và hình ảnh. Ánh sáng có độ tập trung cao sẽ giúp tăng băng thông nên người ta có thể gửi nhiều dữ liệu hơn thông qua các sợi quang. Bên cạnh đó, việc kiểm soát được ánh sáng như thế sẽ giúp các thiết bị quang học trở nên nhỏ gọn hơn, đồng thời tiêu tốn ít năng lượng hơn trong quá trình hoạt động.

Những nhà nghiên cứu ở Caltech giải thích rằng một khi ánh sáng tập trung lại một điểm nhỏ hơn bước sóng (trong trường hợp của áng sáng khả kiến là vài trăm nanomet), chúng ta sẽ gặp hiện tượng gọi là "giới hạn nhiễu xạ". Tại điểm đó, người ta sẽ không thể làm cho ánh sáng tập trung hơn nữa. Tuy nhiên, Caltech đã xây dựng nên một thiết bị định hướng ánh sáng mới có thể vượt qua giới hạn nói trên. Sản phẩm này làm từ Silicon dioxide (SiO2) vô định hình, gần giống với kính mà ta hay sử dụng, và được bao bọc trong một lớp vàng mỏng. Nó có hình dáng của một chiếc hộp chữ nhật nhỏ với chiều dài dưới 2 micromet và được đặt ở các điểm truyền tín hiệu.

Cấu tạo của thiết bị định hướng áng sáng

Khi ánh sáng được gửi qua thiết bị, các photon sẽ tương tác với electron tại điểm tiếp xúc giữa vàng và Silicon dioxide. Các eletron sẽ dao động, và sự dao động này sẽ được lan truyền dọc theo thiết bị dưới dạng sóng (giống như cách mà âm thanh được truyền đi trong không khí). Vì dao động của electron được ghép chung với ánh sáng nên chúng mang theo cùng thông tin và thuộc tính. Chúng ta có thể xem là ánh sáng đang ủy quyền cho dao động của electron để nó thực hiện nhiệm vụ của mình.

Thay vì chỉ thực hiện việc tập trung ánh sáng, vốn là không thể vì "giới hạn nhiễu xạ", thiết bị của Caltech sẽ tập trung các dao động electron để tạo thành những hạt lượng tử gọi là surface plasmon polariton (SPP - tạm dịch là polariton nguyên sinh bề mặt). Các SPP sẽ di chuyển dọc theo ống định hướng và được gom lại khi đến nơi, và khi đó việc truyền dữ liệu thành công. Việc định hướng còn có sự tham gia của thiết kế và kiểu dáng độc đáo xuất hiện trên thiết bị. Một vị giáo sư trưởng cho biết thêm rằng nếu tập trung ánh sáng thành một điểm lớn hơn, khoảng 14 đến 80 nanomet, hiệu suất của việc truyền dữ liệu sẽ tăng 70%.

Nhóm phát triển cho biết thiết bị định hướng của họ được xây dựng dựa trên chip bán dẫn với kĩ thuật sản xuất nano tiêu chuẩn, nhờ vậy mà nó có thể được tích hợp dễ dàng với những công nghệ hiện nay. Về mặt ứng dụng, nó sẽ giúp tạo ra các thiết bị hình ảnh dùng trong ngành sinh học với độ phân giải cao. Bên cạnh đó, công nghệ này cũng có thể dùng để tăng dung lượng ổ cứng lên nếu áp dụng đầu đọc laser với độ tập trung cao (tức đầu đọc có khả năng nhận biết các ô từ trường kích thước bé hơn hiện tại nên tăng được mật độ lưu trữ lên tối đa 50TB/inch vuông). Không thể không kể đến việc sử dụng ánh sáng tập trung cao để truyền dữ liệu đi xa hiệu quả hơn.

Nói về bước kế tiếp trong dự án, các nhà nghiên cứu tiết lộ họ sẽ tối ưu hóa thiết kế và bắt đầu xây dựng những thiết bị, cảm biến hình ảnh để dùng kèm với bộ định hướng nói trên. Khi đã hoàn tất, giải pháp của Caltech có thể áp dụng cho nhiều lĩnh vực khác nhau.

Theo Caltech