Lysbaseret teknologi kan inspirere Moon-navigation og næste generations landbrug

Lysbaseret teknologi kan inspirere Moon-navigation og næste generations landbrug

Tidsstempel: 18. januar 2023 kl. 9
Kildeknude: 1903563
18. januar 2023 (Nanowerk nyheder) Supertynde chips fremstillet af lithiumniobat er indstillet til at overhale siliciumchips i lysbaserede teknologier, ifølge videnskabsmænd på området, med potentielle anvendelser lige fra fjernmodning af frugter på Jorden til navigation på Månen. De siger, at den kunstige krystal tilbyder den foretrukne platform for disse teknologier på grund af dens overlegne ydeevne og de seneste fremskridt inden for produktionskapacitet. RMIT Universitys fremtrædende professor Arnan Mitchell og University of Adelaides Dr Andy Boes førte dette hold af globale eksperter til at gennemgå lithiumniobats muligheder og potentielle anvendelser i tidsskriftet Videnskab ("Lithiumniobatfotonik: Låsning af det elektromagnetiske spektrum"). Lithium niobat chip Denne chip er på størrelse med en fingernegl og er lavet på en tynd film af lithiumniobat. Det kan bruges i en række applikationer, herunder i telekommunikation for at gøre vores internet hurtigere. (Billede: RMIT University) Det internationale team, inklusive forskere fra Peking University i Kina og Harvard University i USA, arbejder sammen med industrien om at lave navigationssystemer, der er planlagt til at hjælpe rovers med at køre på Månen senere i dette årti. Da det er umuligt at bruge Global Positioning System (GPS) teknologi på Månen, bliver navigationssystemer i månens rovers nødt til at bruge et alternativt system, hvilket er her holdets innovation kommer ind i billedet. Ved at detektere små ændringer i laserlys kan lithium- niobate-chip kan bruges til at måle bevægelse uden behov for eksterne signaler, ifølge Mitchell. "Dette er ikke science fiction - denne kunstige krystal bliver brugt til at udvikle en række spændende applikationer. Og konkurrencen om at udnytte potentialet i denne alsidige teknologi er ved at blive varm,” sagde Mitchell, direktør for Integrated Photonics and Applications Centre. Han sagde, mens månenavigationsenheden var i de tidlige udviklingsstadier, var lithiumniobat-chipteknologien "moden nok til at blive brugt i rumapplikationer". "Vores lithium niobate chip teknologi er også fleksibel nok til hurtigt at blive tilpasset til næsten enhver applikation, der bruger lys," sagde Mitchell. "Vi er fokuseret på navigation nu, men den samme teknologi kan også bruges til at forbinde internet på Månen med internettet på Jorden."

Hvad er lithiumniobat, og hvordan kan det bruges?

Lithiumniobat er en kunstig krystal, der først blev opdaget i 1949, men er "tilbage på mode", ifølge Boes. "Lithium niobat har nye anvendelser inden for fotonik - videnskaben og teknologien af ​​lys - fordi det i modsætning til andre materialer kan generere og manipulere elektromagnetiske bølger over hele lysspektret, fra mikrobølger til UV-frekvenser," sagde han. "Silicon var det foretrukne materiale til elektroniske kredsløb, men dets begrænsninger er blevet mere og mere tydelige i fotonik. "Lithiumniobat er kommet tilbage på mode på grund af dets overlegne egenskaber, og fremskridt inden for fremstilling betyder, at det nu er let tilgængeligt som tynde film på halvlederwafere." Et lag af lithiumniobat omkring 1,000 gange tyndere end et menneskehår er placeret på en halvlederwafer, sagde Boes. ”Fotoniske kredsløb printes ind i lithiumniobatlaget, som er skræddersyet efter chippens tilsigtede anvendelse. En chip på størrelse med en negl kan indeholde hundredvis af forskellige kredsløb,” sagde han.

Hvordan fungerer månenavigationsteknologien?

Holdet arbejder sammen med det australske firma Advanced Navigation om at skabe optiske gyroskoper, hvor laserlys lanceres i både urets og mod urets retning i en spole af fiber, sagde Mitchell. "Når spolen flyttes, er fiberen lidt kortere i den ene retning end den anden, ifølge Albert Einsteins relativitetsteori," sagde han. "Vores fotoniske chips er følsomme nok til at måle denne lille forskel og bruge den til at bestemme, hvordan spolen bevæger sig. Hvis du kan holde styr på dine bevægelser, så ved du, hvor du er i forhold til, hvor du startede. Dette kaldes inerti-navigation."

Potentielle applikationer tættere på hjemmet

Denne teknologi kan også bruges til at fjernregistrere frugtens modenhed. "Gas udsendt af moden frugt absorberes af lys i den midt-infrarøde del af spektret," sagde Mitchell. "En drone, der svæver i en frugthave, ville transmittere lys til en anden, som kunne mærke i hvilken grad lyset absorberes, og hvornår frugten er klar til høst. "Vores mikrochipteknologi er meget mindre, billigere og mere præcis end den nuværende teknologi og kan bruges med meget små droner, der ikke beskadiger frugttræer."

Næste skridt

Australien kan blive et globalt knudepunkt for fremstilling af integrerede fotoniske chips fra lithiumniobat, der ville have en stor indflydelse på applikationer inden for teknologi, der bruger alle dele af lysspektret, sagde Mitchell. "Vi har teknologien til at fremstille disse chips i Australien, og vi har de industrier, der vil bruge dem," sagde han. "Fotoniske chips kan nu transformere industrier langt ud over optisk fiberkommunikation."

Tidsstempel:

Mere fra Nanoværk