Bahan metamaterial baharu: cahaya terkawal

Banyak laporan tentang "metamaterial" (dalam tanda petikan, kerana definisi mula kabur) membuatkan kita menganggapnya sebagai ubat penawar untuk semua masalah, kesakitan dan batasan yang dihadapi oleh dunia teknologi moden. Konsep yang paling menarik akhir-akhir ini melibatkan komputer optik dan realiti maya.

dalam perhubungan komputer hipotesis masa hadapancontohnya termasuk kajian oleh pakar dari Universiti TAU Israel di Tel Aviv. Mereka sedang mereka bentuk bahan nano berbilang lapisan yang harus digunakan untuk mencipta komputer optik. Sebaliknya, penyelidik dari Swiss Paul Scherrer Institute membina bahan tiga fasa daripada satu bilion magnet kecil yang mampu simulasi tiga keadaan agregat, dengan analogi dengan air.

Untuk apa ia boleh digunakan? Israel mahu membina. Orang Switzerland bercakap tentang penghantaran dan rakaman data, serta spintronics secara umum.

Metamaterial tiga fasa yang diperbuat daripada magnet mini yang meniru tiga keadaan air.

Foton atas permintaan

Penyelidikan oleh saintis di Makmal Kebangsaan Lawrence Berkeley di Jabatan Tenaga mungkin membawa kepada pembangunan komputer optik berdasarkan bahan metamaterial. Mereka mencadangkan untuk mencipta sejenis rangka kerja laser yang boleh menangkap pakej atom tertentu di tempat tertentu, mewujudkan reka bentuk yang ketat, dikawal. struktur berasaskan cahaya. Ia menyerupai kristal semula jadi. Dengan satu perbezaan - ia hampir sempurna, tiada kecacatan diperhatikan dalam bahan semula jadi.

Para saintis percaya bahawa mereka bukan sahaja akan dapat mengawal ketat kedudukan kumpulan atom dalam "kristal cahaya" mereka, tetapi juga secara aktif mempengaruhi tingkah laku atom individu menggunakan laser lain (berhampiran julat inframerah). Mereka akan membuat mereka, sebagai contoh, apabila diminta memancarkan tenaga tertentu - walaupun satu foton, yang, apabila dialihkan dari satu tempat dalam kristal, boleh bertindak pada atom yang terperangkap dalam yang lain. Ia akan menjadi sejenis pertukaran maklumat yang mudah.

Keupayaan untuk melepaskan foton dengan cepat dalam cara terkawal dan memindahkannya dengan sedikit kehilangan dari satu atom ke atom lain merupakan langkah pemprosesan maklumat yang penting untuk pengkomputeran kuantum. Orang boleh bayangkan menggunakan keseluruhan tatasusunan foton terkawal untuk melakukan pengiraan yang sangat kompleks - jauh lebih pantas daripada menggunakan komputer moden. Atom yang tertanam dalam kristal buatan juga boleh melompat dari satu tempat ke tempat lain. Dalam kes ini, mereka sendiri akan menjadi pembawa maklumat dalam komputer kuantum atau boleh mencipta sensor kuantum.

Para saintis telah mendapati bahawa atom rubidium adalah sesuai untuk tujuan mereka. Walau bagaimanapun, atom barium, kalsium atau sesium juga boleh ditangkap oleh kristal laser buatan kerana ia mempunyai tahap tenaga yang sama. Untuk membuat metamaterial yang dicadangkan dalam eksperimen sebenar, pasukan penyelidik perlu menangkap beberapa atom dalam kekisi kristal tiruan dan menyimpannya di sana walaupun teruja kepada keadaan tenaga yang lebih tinggi.

Realiti maya tanpa kecacatan optik

Metamaterials boleh mencari aplikasi berguna dalam bidang teknologi yang sedang berkembang -. Realiti maya mempunyai banyak batasan yang berbeza. Ketidaksempurnaan optik yang kita ketahui memainkan peranan penting. Ia boleh dikatakan mustahil untuk membina sistem optik yang sempurna, kerana selalu ada penyimpangan yang dipanggil, i.e. herotan gelombang yang disebabkan oleh pelbagai faktor. Kami menyedari penyimpangan sfera dan kromatik, astigmatisme, koma dan banyak lagi kesan buruk optik yang lain. Sesiapa yang telah menggunakan set realiti maya mesti telah menangani fenomena ini. Adalah mustahil untuk mereka bentuk optik VR yang ringan, menghasilkan imej berkualiti tinggi, tidak mempunyai pelangi yang boleh dilihat (penyimpangan kromatik), memberikan medan pandangan yang luas dan murah. Ini hanya tidak benar.

Itulah sebabnya pengeluar peralatan VR Oculus dan HTC menggunakan apa yang dipanggil kanta Fresnel. Ini membolehkan anda mengurangkan berat badan dengan ketara, menghapuskan penyimpangan kromatik dan mendapatkan harga yang agak rendah (bahan untuk pengeluaran kanta sedemikian adalah murah). Malangnya, gelang biasan menyebabkan w Kanta Fresnel penurunan ketara dalam kontras dan penciptaan cahaya emparan, yang amat ketara apabila pemandangan mempunyai kontras yang tinggi (latar belakang hitam).

Walau bagaimanapun, baru-baru ini saintis dari Universiti Harvard, yang diketuai oleh Federico Capasso, berjaya membangun kanta nipis dan rata menggunakan bahan metamaterial. Lapisan struktur nano pada kaca adalah lebih nipis daripada rambut manusia (0,002 mm). Ia bukan sahaja tidak mempunyai kelemahan biasa, tetapi ia juga memberikan kualiti imej yang jauh lebih baik daripada sistem optik yang mahal.

Kanta Capasso, tidak seperti kanta cembung biasa yang membengkok dan menyerakkan cahaya, mengubah sifat gelombang cahaya disebabkan oleh struktur mikroskopik yang menonjol dari permukaan, dimendapkan pada kaca kuarza. Setiap langkan tersebut membiaskan cahaya secara berbeza, menukar arahnya. Oleh itu, adalah penting untuk mengedarkan struktur nano (corak) dengan betul yang direka bentuk komputer dan dihasilkan menggunakan kaedah yang serupa dengan pemproses komputer. Ini bermakna kanta jenis ini boleh dihasilkan di kilang yang sama seperti sebelum ini, menggunakan proses pembuatan yang diketahui. Titanium dioksida digunakan untuk sputtering.

Perlu disebutkan satu lagi penyelesaian inovatif "meta-optik". hiperlens metamaterialdiambil di Universiti Amerika di Buffalo. Versi pertama hyperlenses diperbuat daripada perak dan bahan dielektrik, tetapi ia hanya berfungsi dalam julat panjang gelombang yang sangat sempit. Para saintis Buffalo menggunakan susunan sepusat batang emas dalam bekas termoplastik. Ia berfungsi dalam julat panjang gelombang cahaya yang boleh dilihat. Para penyelidik menggambarkan peningkatan dalam resolusi yang terhasil daripada penyelesaian baharu menggunakan endoskop perubatan sebagai contoh. Ia biasanya mengecam objek sehingga 10 nanometer, dan selepas memasang hyperlenses, ia "turun" ke 250 nanometer. Reka bentuk mengatasi masalah pembelauan, fenomena yang mengurangkan resolusi sistem optik dengan ketara - bukannya herotan gelombang, ia ditukar menjadi gelombang yang boleh dirakam dalam peranti optik berikutnya.

Menurut penerbitan dalam Nature Communications, kaedah ini boleh digunakan dalam banyak bidang, daripada perubatan hingga pemerhatian molekul tunggal. Adalah sesuai untuk menunggu peranti konkrit berdasarkan bahan metamaterial. Mungkin mereka akan membenarkan realiti maya akhirnya mencapai kejayaan sebenar. Bagi "komputer optik", ini adalah prospek yang agak jauh dan samar-samar. Namun, tiada apa yang boleh diketepikan...