Mga bagong metamaterial: kontrolado ang liwanag

Maraming mga ulat tungkol sa "metamaterial" (sa mga panipi, dahil nagsisimula nang lumabo ang kahulugan) na iniisip natin na ang mga ito ay halos isang panlunas sa lahat ng mga problema, sakit at limitasyon na kinakaharap ng modernong mundo ng teknolohiya. Ang pinaka-kagiliw-giliw na mga konsepto kamakailan ay may kinalaman sa mga optical computer at virtual reality.

sa isang relasyon hypothetical na mga computer ng hinaharapbilang halimbawa, maaaring banggitin ang pananaliksik ng mga espesyalista mula sa Israeli TAU University sa Tel Aviv. Nagdidisenyo sila ng mga multilayer nanomaterial na dapat gamitin upang lumikha ng mga optical computer. Kaugnay nito, ang mga mananaliksik mula sa Swiss Paul Scherrer Institute ay nagtayo ng isang three-phase substance mula sa isang bilyong miniature magnet na may kakayahang gayahin ang tatlong pinagsama-samang estado, sa pamamagitan ng pagkakatulad sa tubig.

Ano ang magagamit nito? Nais magtayo ng mga Israeli. Ang Swiss talk tungkol sa data transmission at recording, pati na rin ang spintronics sa pangkalahatan.

Isang three-phase minimagnet metamaterial na ginagaya ang tatlong estado ng tubig.

Mga photon on demand

Ang pananaliksik ng mga siyentipiko sa Lawrence Berkeley National Laboratory sa Department of Energy ay maaaring humantong sa pagbuo ng mga optical computer batay sa mga metamaterial. Iminumungkahi nilang lumikha ng isang uri ng laser framework na maaaring makuha ang ilang mga pakete ng mga atom sa isang partikular na lugar, na lumilikha ng isang mahigpit na idinisenyo, kinokontrol. liwanag batay sa istraktura. Ito ay kahawig ng mga natural na kristal. Sa isang pagkakaiba - ito ay halos perpekto, walang mga depekto ang sinusunod sa mga likas na materyales.

Naniniwala ang mga siyentipiko na hindi lamang nila makokontrol nang mahigpit ang posisyon ng mga grupo ng mga atomo sa kanilang "liwanag na kristal", ngunit aktibong maimpluwensyahan din ang pag-uugali ng mga indibidwal na atomo gamit ang isa pang laser (malapit sa saklaw ng infrared). Gagawin nila ang mga ito, halimbawa, kapag hinihiling na naglalabas ng isang tiyak na enerhiya - kahit isang solong photon, na, kapag inalis mula sa isang lugar sa kristal, ay maaaring kumilos sa isang atom na nakulong sa isa pa. Ito ay isang uri ng simpleng pagpapalitan ng impormasyon.

Ang kakayahang mabilis na mailabas ang isang photon sa isang kontroladong paraan at ilipat ito nang may kaunting pagkawala mula sa isang atom patungo sa isa pa ay isang mahalagang hakbang sa pagproseso ng impormasyon para sa quantum computing. Maaaring isipin ng isang tao ang paggamit ng buong hanay ng mga kontroladong photon upang magsagawa ng napakasalimuot na mga kalkulasyon - mas mabilis kaysa sa paggamit ng mga modernong computer. Ang mga atom na naka-embed sa isang artipisyal na kristal ay maaari ding tumalon mula sa isang lugar patungo sa isa pa. Sa kasong ito, sila mismo ay magiging mga tagapagdala ng impormasyon sa isang quantum computer o maaaring lumikha ng isang quantum sensor.

Natuklasan ng mga siyentipiko na ang mga atomo ng rubidium ay perpekto para sa kanilang mga layunin. Gayunpaman, ang mga atomo ng barium, calcium, o cesium ay maaari ding makuha ng isang artipisyal na kristal ng laser dahil mayroon silang magkatulad na antas ng enerhiya. Upang gawin ang iminungkahing metamaterial sa isang tunay na eksperimento, ang pangkat ng pananaliksik ay kailangang kumuha ng ilang mga atom sa isang artipisyal na kristal na sala-sala at panatilihin ang mga ito doon kahit na nasasabik sa mas mataas na estado ng enerhiya.

Virtual reality na walang optical defect

Ang mga metamaterial ay maaaring makahanap ng mga kapaki-pakinabang na aplikasyon sa isa pang umuunlad na lugar ng teknolohiya -. Ang virtual reality ay may maraming iba't ibang limitasyon. Malaki ang papel na ginagampanan ng mga di-kasakdalan ng optika na alam natin. Ito ay halos imposible na bumuo ng isang perpektong optical system, dahil palaging may mga tinatawag na aberrations, i.e. pagbaluktot ng alon na dulot ng iba't ibang salik. Alam namin ang mga spherical at chromatic aberrations, astigmatism, coma at marami, marami pang masamang epekto ng optika. Sinuman na gumamit ng mga virtual reality set ay dapat na nakaharap sa mga kababalaghang ito. Imposibleng magdisenyo ng mga VR optics na magaan, makagawa ng mga de-kalidad na larawan, walang nakikitang bahaghari (chromatic aberrations), magbigay ng malaking field of view, at mura. Ito ay hindi totoo.

Iyon ang dahilan kung bakit ginagamit ng mga manufacturer ng VR equipment na Oculus at HTC ang tinatawag na Fresnel lenses. Pinapayagan ka nitong makakuha ng makabuluhang mas kaunting timbang, alisin ang mga chromatic aberration at makakuha ng medyo mababang presyo (ang materyal para sa paggawa ng naturang mga lente ay mura). Sa kasamaang palad, ang mga repraktibo na singsing ay nagdudulot ng w Mga lente ng fresnel isang makabuluhang pagbaba sa contrast at ang paglikha ng isang centrifugal glow, na kung saan ay lalo na kapansin-pansin kung saan ang eksena ay may mataas na contrast (itim na background).

Gayunpaman, kamakailan lamang ang mga siyentipiko mula sa Harvard University, na pinamumunuan ni Federico Capasso, ay nakabuo manipis at flat lens gamit ang mga metamaterial. Ang layer ng nanostructure sa salamin ay mas manipis kaysa sa buhok ng tao (0,002 mm). Hindi lamang wala itong mga tipikal na disbentaha, ngunit nagbibigay din ito ng mas mahusay na kalidad ng imahe kaysa sa mga mamahaling optical system.

Ang Capasso lens, hindi tulad ng mga tipikal na convex lens na yumuko at nagkakalat ng liwanag, ay nagbabago sa mga katangian ng light wave dahil sa mga mikroskopikong istruktura na nakausli mula sa ibabaw, na idineposito sa quartz glass. Ang bawat naturang ledge ay nagre-refract ng liwanag nang iba, nagbabago ng direksyon nito. Samakatuwid, mahalagang maipamahagi nang maayos ang naturang nanostructure (pattern) na idinisenyo ng computer at ginawa gamit ang mga pamamaraan na katulad ng mga processor ng computer. Nangangahulugan ito na ang ganitong uri ng lens ay maaaring gawin sa parehong mga pabrika tulad ng dati, gamit ang mga kilalang proseso ng pagmamanupaktura. Ang titanium dioxide ay ginagamit para sa sputtering.

Ito ay nagkakahalaga ng pagbanggit ng isa pang makabagong solusyon ng "meta-optics". metamaterial hyperlenseskinuha sa American University sa Buffalo. Ang mga unang bersyon ng hyperlenses ay gawa sa pilak at isang dielectric na materyal, ngunit sila ay nagtrabaho lamang sa isang napakakitid na hanay ng mga wavelength. Gumamit ang mga siyentipiko ng Buffalo ng concentric arrangement ng gold rods sa isang thermoplastic case. Gumagana ito sa nakikitang hanay ng wavelength ng liwanag. Inilalarawan ng mga mananaliksik ang pagtaas ng resolusyon na nagreresulta mula sa bagong solusyon gamit ang isang medikal na endoscope bilang isang halimbawa. Karaniwang kinikilala nito ang mga bagay hanggang sa 10 nanometer, at pagkatapos mag-install ng mga hyperlenses, ito ay "bumababa" hanggang sa 250 nanometer. Ang disenyo ay nagtagumpay sa problema ng diffraction, isang kababalaghan na makabuluhang binabawasan ang resolusyon ng mga optical system - sa halip na pagbaluktot ng alon, sila ay na-convert sa mga alon na maaaring maitala sa kasunod na mga optical device.

Ayon sa isang publikasyon sa Nature Communications, ang pamamaraang ito ay maaaring gamitin sa maraming lugar, mula sa medisina hanggang sa mga obserbasyon ng solong molekula. Angkop na maghintay para sa mga kongkretong aparato batay sa mga metamaterial. Marahil ay papayagan nila ang virtual reality na sa wakas ay makamit ang tunay na tagumpay. Tulad ng para sa mga "optical computer", ang mga ito ay medyo malayo at malabong mga prospect. Gayunpaman, walang maitatanggi...