MIT entwickelt neuartige 3D-Lichtgeräte für optische Computer

Dieser Durchbruch könnte zukünftige optische Rechenanlagen und andere Technologien unterstützen, die auf die Kontrolle Maßstäben angewiesen sind. „Wir betrachten ImpCarv als eine skalierbare und kosteneffiziente Plattform zur Herstellung äzisen 3D-Metamaterialstrukturen", so das Team in ihrer Forschungsarbeit.

Laserbasierte Herstellung äumen: Photonische Bauteile, die Licht manipulieren und übertragen, könnten in zukünftigen optischen Rechenanlagen energieeffiziente Alternativen zu Halbleiterchips darstellen. Bestehende Herstellungsverfahren haben jedoch Schwierigkeiten, die für die Führung ötigte Auflösung von 100 Nanometern zu erreichen, dessen Wellenlängen im Bereich von 380 bis 750 Nanometern liegen.

Die Zwei-Photonen-Lithographie kann zwar dreidimensionale Nanostrukturen mit Licht erzeugen, ihre Auflösung bleibt jedoch über 100 Nanometern. Die Elektronenstrahl-Lithographie ermöglicht zwar kleinere Strukturen auf Siliziumchips, ist jedoch auf ebene, zweidimensionale Strukturen beschränkt.

Um diese Grenzen zu überwinden, haben

Um diese Grenzen zu überwinden, haben Forscher des MIT eine Methode namens „Implosion Carving" entwickelt, die auf dem früheren Konzept der Implosionsfabrikation basiert. Das Verfahren nutzt einen Laser, um in einem Hydrogel winzige Hohlräume zu erzeugen, indem es einen photosensibilisierenden Farbstoff anregt, der reaktive Sauerstoffspezies bildet.

Diese reaktiven Moleküle spalten die chemischen Bindungen des Hydrogels und bilden gezielt definierte Hohlräume mit optischen Eigenschaften, die sich unterscheiden, wie MIT News berichtete. Nach der Bildung des Leerstellenmusters wird das Hydrogel durch einen zweistufigen Prozess, der Ionenaufnahme und Trocknung unter überkritischen Bedingungen umfasst, verkleinert.

Das Material zieht sich in jeder Dimension mehr als das Zehnfache zusammen und reduziert sein Volumen auf etwa 1/2000, wobei nanoskopische Merkmale erhalten bleiben. Winzige optische NetzwerkeUm die Flexibilität ihrer Methode zu demonstrieren, erstellten die Forscher mehrere komplexe dreidimensionale Strukturen, darunter eine Helix und ein Design, das ügel inspiriert ist.

Moegliche Anwendungen

Einige dieser Strukturen waren zu dünn und besassen zu hohe Seitenverhältnisse, um mit konventionellen Zwei-Photonen-Lithographie-Verfahren hergestellt zu werden. Zudem entwickelte das Team ein photonisches Gerät, das eine einfache Aufgabe der Ziffernklassifikation ausführen kann, die üblicherweise zur Bewertung neuronaler Netze eingesetzt wird.

In der Demonstration erhielt das Gerät eine Eingabezahl, beispielsweise 1 oder 5, und beleuchtete einen spezifischen Ausgangsbereich, der der erkannten Zahl entspricht, wie in der Pressemitteilung angegeben. Das Gerät funktionierte durch sorgfältig strukturierte Leerstellen, die im gesamten Hydrogel verteilt sind.

Wenn Licht durch mehrere strukturierte Schichten hindurchging, diffraktierten die Leerstellen das einfallende Licht, sodass der Ausgang vom Form der eingegebenen Zahl im System abhängig war. Die Forscher beschreiben die Einrichtung als ein rein optisches System, das in der Lage ist, optisches Rechnen durchzuführen.

Leistung und Energieausbeute

Nach Angaben des Teams ermöglicht die Technologie die Kontrolle Stellen, was komplexe Gestaltungsanforderungen schafft, die mit Deep-Learning-Algorithmen gelöst werden können, um die Leistung optischer Systeme zu optimieren.

Die Forscher planen nun, dieselben Prinzipien auf optische Geräte anzuwenden, die Zellen in mikrofluidischen Systemen klassifizieren können, was potenziell die Detektion seltener zirkulierender Tumorzellen in Blutproben ermöglicht. Die Methode könnte zudem die Hochdurchsatz-Bildgebung und die Herstellung von 3D-Nanofluidik-Geräten unterstützen.