نانوفوتونیک کیست؟ توضیح بده.
نانوفوتونیک یا نانو اپتیک شاخه‌ای از فیزیک نور، مهندسی برق، و فناوری نانو می‌باشد که به بررسی رفتار نور و برهم‌کنش‌های بین نور و ماده در مقیاس نانو، یعنی در اندازه‌هایی که کوچکتر از طول موج نور و فراتر از حد پراش نور است (به انگلیسی: Beyond the diffraction limit) می‌پردازد.کاربردهای نانوفوتونیک را می‌توان به هفت دسته کلیدی شامل نمایشگرها، دیودهای نورافشان، سلول‌های خورشیدی، حسگرها و جفتگرهای نوری، لیزرهای دیودی، لیتوگرافی با لیزر، و فیبرهای ویژه تقسیم‌بندی کرد.تاریخچه.ابزارهای اپتیک عادی ، مانند لنزها و میکروسکوپ ها ، به دلیل محدودیت پراش (معیار رایلی-Rayleigh criterion) ، معمولاً نمی توانند نور را به مقیاس های نانومتر (ریز طول موج های عمیق) متمرکز کنند. با این وجود ، می توان نور را در مقیاس نانومتری با استفاده از تکنیک های دیگر مانند،برای مثال : پلاسمان های سطحی،پلاسمون های سطح موضعی اطراف اشیا فلزی در ابعاد نانو و دیافراگم های مقیاس نانو با نوک های تیز که در میکروسکوپ نوری برای اسکن میدان نزدیک استفاده می شوند.معرفی اجمالی و تعریف.برای آشنایی با مفهوم علم فوتونیک، نیاز داریم تا مقدمه ای کوتاه از فوتونیک داشته باشیم :فوتونیک.فتوشناسی شاخه‌ای از فیزیک و مهندسی است که به گسیل، عبور، تقویت و ثبت نور به‌ وسیلهٔ ابزار نوری می‌پردازد. گستره آن شامل ایجاد، انتشار، انتقال، پیمانه‌بندی (مدولاسیون)، سو دهی (سوئیچینگ)، تقویت و آشکارسازی نور می‌شود.با اختراع لیزر، و پس از آن، با ساخت فیبر نوری شاخهٔ اپتیک در علم فیزیک آنقدر گسترده و کاربردهای آن آنقدر زیاد شد، که زمینه‌ای جدید موسوم به فوتونیک در علوم مهندسی متولد گردید.این علم جدید در سه گرایش الکترونیک، مخابرات، و فیزیک کار خود را شروع نمود.نانوفوتونیک.اصولاً به علوم و فناوری‌های مربوط و به کار گیرنده نور و فوتون (ذره بنیادی نور) که به برهم‌کنش‌های بین نور و ماه می‌پردازند فوتونیک گفته می‌شود که لیزر، اپتیک،‌تصویری‌سازی نوری و الکترونیک نوری از حوزه‌های اصلی آن هستند .فوتونیک به بررسی‌های برهم‌کنش‌های بین نور و ماده در مقیاس نانو گفته می‌شود. در این شاخه به کاربردهای بلور های فوتونیکی پرداخته می‌شود. مفهوم نانوفوتونیک تلفیقی از دو حوزه تشکیل دهنده آن یعنی علم فوتونیک و فناوری نانو می‌باشد. فناوری نانو طبق تعریف (به گفته بروس ویزمن، استاد دانشگاه رایس که اولین مرکز تحقیقاتی دانشگاه فناوری‌نانو در آمریکا را در سال 1993 تأسیس کرد) عبارت است از دستکاری ماده در سطح مولکولی و اتمی به‌منظور ایجاد ساختارهای مهندسی شده برای کاربردهای معین می‌باشد.کاربردهای نانوفوتونیک را می‌توان به هفت دسته کلیدی شامل نمایشگرها، دیودهای نورافشان، سلول‌های خورشیدی، حسگرها و جفتگرهای نوری، لیزرهای دیودی، لیتوگرافی با لیزر، و فیبرهای ویژه تقسیم‌بندی کرد.تأثیرات فناروی نانو بر فناوری فوتونیک.بنابر گزارش منتشر شده در ژانویه 2005 به وسیله Business Communications (Norwalk)، بازار جهانی تجهیزات نانوفوتونیک از 421 میلیون دلار در سال 2004 به 3/9 میلیارد دلار در سال 2009 رسید که کاربردهایی کلیدی، بین دیودهای نورافشان و نور میدان- نزدیک متغیر بوده.کاربرد های کوتاه مدت نانوفوتونیک به چهار دسته اصلی نمایشگرها، دیودها، نورافشان، سلول‌های خورشیدی (دریافت کننده‌های انرژی خورشیدی) و حسگرهای زیست شیمیایی تقسیم خواهد شد و بازار نهایی آن از مسائل مربوط به امنیت و پزشکی تا هوش کنترل شده و فناوری اطلاعات و ارتباطات گسترده خواهد بود.در حوزه فناوری‌های تواناساز سه فناوری که رشد بیشتری نسبت به دیگر فناوری‌های نانوفوتونیک داشته‌اند نقاط کوانتومی، نانولوله‌های کربنی و بلور‌های فوتونیکی بوده‌اند.نقاط کوانتومی در حجم وسیعی برای کاربردهایی چون زیست پزشکی تولید می‌شوند. همین طور نانولوله‌های کربنی کاربردهای جدیدی در خودرو، پزشکی، نمایشگرها و محاسبات می‌یابند. بلور‌های فوتونیکی نیز به جهان نانو هجوم آورده‌اند. به طور مثال در IBM محققان از بلور‌های فوتونیک برای ساخت مدارهای نانوفوتونیک استفاده می‌کنند ‌(که هم‌اکنون 200 تا 300 نانومتر هستند) که هدف نهایی آنها به وجود آوردن ‌نانوفوتونیک با قابلیت تطبیق‌پذیری با نیمه‌رساناهای اکسید فلزی یا همان CMOS ها برای دستیابی به تولید انبوه مدار مجتمع‌های فوتونیکی و به طور تدریجی مدارهای نانوئی 100 نانومتری و کوچکتر است.کاربردهای نانوفوتونیک و فناوری های مرتبط.کاربرد های نانو فوتونیک در بعضی از این موارد را به عنوان نمونه در زیر بررسی می کنیم:سلول های خورشیدی.سلولهای خورشیدی معمولاً هنگامی که نور بسیار نزدیک به سطح جذب شود ، به بهترین وجه کار می کنند، به این دلیل که الکترونهای نزدیک به سطح بیشتر جمع می شوند و اینکه می توان دستگاه را باریک تر کرد ، که این باعث کاهش هزینه می شود. محققان انواع تکنیک های نانوفوتونیک را برای تشدید نور در مکان های مطلوب درون سلول خورشیدی بررسی کرده اند.آینده و چالش‌های نانوفوتونیک.در طول سال‌های اخیر، نانوفوتونیک از توسعه مواد در نیمه‌رساناها و مفاهیم توسعه در فیزیک اتمی و خود سامانی در علوم شیمی سود برده است و این مسئله منجر به این شده است که بازۀ وسیعی از مفاهیم و کاربردها زیر چتر نانوفوتونیک قرار گرفته و راهی را به سوی فوتونیک مولکولی باز کرده‌اند که چشم‌انداز فوق‌العاده‌ای را به ما می‌نمایاند.اگر چه هنوز اپتیک و لیزر ابزارهای مقدماتی در تجارت نانو هستند، ولی جالب است ذکر کنیم که در حالی که فوتونیک بیشتر شامل تجهیزات سامانه‌ها و زیرسامانه‌ها‌ است، نانوفوتونیک بیشتر به کاربردهای فناوری‌های اپتیکی موجودبرای ساخت، دستکاری و تصویربرداری از اشیاء در قطع‌های نانوئی و مولکولی می‌پردازد.در حقیقت یکی از کاربردهای اصلی نانومقیاس در فناوری‌های نوری تعیین مشخصات است، که در کاربرد فلوئورسانس و طیف‌نمائی نوری و تکنیک‌های مرتبط در تحقیقات برای تعیین مشخصات بهتر با ابزاری مانند مواد نانولوله‌ای و فرآیندهای مولکولی شاخص‌ترین موارد هستند. پیشرفت‌های به دست آمده در تکنیک‌های نوری و غیر نوری منجر به تصاویر با دقت بسیار بالا از اشیاء بسیار ریز می‌باشد.منابع.1- https://www.amazon.com/Principles-Nano-Optics-Lukas-Novotny/dp/11070054692- Online course on Nanophotonics3- Larry Bock، Nanosys، July/ August ۲۰۰۳.4- Nanophotonics: A marketing challenge Tom Hausken Laserfocusworld December ۲۰۰۴5- Global community charts a course for Nanophotonics KATHYKINCADE laserfocusworld August ۲۰۰۵