Yangi metamateriallar: yorug'lik nazorat ostida

"Metamateriallar" haqidagi ko'plab xabarlar (qo'shtirnoq ichida, chunki ta'rif xiralasha boshlagan) bizni ularni zamonaviy texnologiya dunyosi duch keladigan barcha muammolar, og'riqlar va cheklovlar uchun deyarli davo deb o'ylashga majbur qiladi. So'nggi paytlarda eng qiziqarli tushunchalar optik kompyuterlar va virtual haqiqatga tegishli.

nisbatan kelajakning faraziy kompyuterlariMisol tariqasida Tel-Avivdagi Isroil TAU universiteti mutaxassislarining tadqiqotlarini keltirish mumkin. Ular optik kompyuterlarni yaratish uchun ishlatilishi kerak bo'lgan ko'p qatlamli nanomateriallarni loyihalashtirmoqda. O'z navbatida, Shveytsariyaning Pol Sherrer instituti tadqiqotchilari milliardlab miniatyura magnitlaridan uch fazali moddani yaratdilar. uchta agregat holatni simulyatsiya qilish, suvga o'xshash.

U nima uchun ishlatilishi mumkin? Isroilliklar qurmoqchi. Shveytsariyaliklar ma'lumotlarni uzatish va yozish, shuningdek, umuman spintronika haqida gapirishadi.

Suvning uchta holatini taqlid qiluvchi uch fazali minimagnet metamaterial.

Talab bo'yicha fotonlar

Energetika departamenti qoshidagi Lourens Berkli milliy laboratoriyasi olimlari tomonidan olib borilgan tadqiqotlar metamateriallar asosidagi optik kompyuterlarning rivojlanishiga olib kelishi mumkin. Ular ma'lum bir joyda atomlarning ma'lum paketlarini ushlay oladigan, qat'iy ishlab chiqilgan, boshqariladigan lazer ramkasini yaratishni taklif qilmoqdalar. yorug'likka asoslangan struktura. Bu tabiiy kristallarga o'xshaydi. Bir farq bilan - bu deyarli mukammal, tabiiy materiallarda hech qanday nuqsonlar kuzatilmaydi.

Olimlarning fikriga ko'ra, ular nafaqat o'zlarining "yorug'lik kristallari" dagi atomlar guruhlari o'rnini qattiq nazorat qilishlari mumkin, balki boshqa lazer (infraqizil diapazonga yaqin) yordamida alohida atomlarning xatti-harakatlariga faol ta'sir ko'rsatishlari mumkin. Ular, masalan, talabga ko'ra, ma'lum bir energiya chiqaradi - hatto bitta foton ham, kristalning bir joyidan olib tashlanganida, boshqasida tutilgan atomga ta'sir qilishi mumkin. Bu oddiy ma'lumot almashinuvining bir turi bo'ladi.

Fotonni boshqariladigan usulda tezda chiqarish va uni bir atomdan ikkinchisiga ozgina yo'qotish bilan o'tkazish qobiliyati kvant hisoblash uchun muhim ma'lumotlarni qayta ishlash bosqichidir. Juda murakkab hisob-kitoblarni amalga oshirish uchun boshqariladigan fotonlarning butun massivlaridan foydalanishni tasavvur qilish mumkin - zamonaviy kompyuterlardan ko'ra tezroq. Sun'iy kristall ichiga o'rnatilgan atomlar ham bir joydan ikkinchi joyga sakrashi mumkin edi. Bunday holda, ularning o'zlari kvant kompyuterida ma'lumot tashuvchilarga aylanadi yoki kvant sensorini yaratishi mumkin edi.

Olimlar rubidiy atomlari o'z maqsadlari uchun ideal ekanligini aniqladilar. Shu bilan birga, bariy, kaltsiy yoki seziy atomlari ham sun'iy lazer kristali tomonidan ushlanishi mumkin, chunki ular o'xshash energiya darajalariga ega. Taklif etilayotgan metamaterialni haqiqiy eksperimentda qilish uchun tadqiqot guruhi sun'iy kristall panjarada bir nechta atomlarni ushlashi va hatto yuqori energiya holatlarida ham ularni ushlab turishi kerak edi.

Optik nuqsonlarsiz virtual haqiqat

Metamateriallar texnologiyaning boshqa rivojlanayotgan sohasida foydali ilovalarni topishi mumkin edi -. Virtual haqiqat juda ko'p turli xil cheklovlarga ega. Bizga ma'lum bo'lgan optikaning nomukammalligi muhim rol o'ynaydi. Mukammal optik tizimni qurish deyarli mumkin emas, chunki har doim aberratsiyalar deb ataladigan narsalar mavjud, ya'ni. turli omillar ta'siri ostida to'lqin buzilishi. Biz sferik va xromatik aberatsiyalar, astigmatizm, koma va optikaning boshqa ko'plab salbiy ta'siridan xabardormiz. Virtual haqiqat to'plamlaridan foydalangan har bir kishi bu hodisalar bilan shug'ullangan bo'lishi kerak. Yengil, yuqori sifatli tasvirlar ishlab chiqaradigan, kamalak ko'rinmaydigan (xromatik aberratsiyalar), keng ko'rish maydonini beradigan va arzon bo'lgan VR optikasini loyihalash mumkin emas. Bu shunchaki haqiqiy emas.

Shuning uchun VR uskunalari ishlab chiqaruvchilari Oculus va HTC Fresnel linzalari deb ataladigan narsadan foydalanadilar. Bu sizga sezilarli darajada kamroq vazn olish, xromatik buzilishlarni bartaraf etish va nisbatan past narxni olish imkonini beradi (bunday linzalarni ishlab chiqarish uchun material arzon). Afsuski, sinishi halqalar w ni keltirib chiqaradi Fresnel linzalari kontrastning sezilarli pasayishi va markazdan qochma nurlanishning yaratilishi, bu ayniqsa sahna yuqori kontrastga (qora fon) ega bo'lgan joyda sezilarli bo'ladi.

Biroq, yaqinda Federiko Kapasso boshchiligidagi Garvard universiteti olimlari rivojlanishga muvaffaq bo'lishdi metamateriallar yordamida nozik va tekis linzalar. Shishadagi nanostruktura qatlami inson sochidan (0,002 mm) yupqaroq. U nafaqat odatiy kamchiliklarga ega emas, balki qimmat optik tizimlarga qaraganda ancha yaxshi tasvir sifatini ham ta'minlaydi.

Capasso linzalari yorug'likni eguvchi va tarqatuvchi odatiy qavariq linzalardan farqli o'laroq, kvarts shishasiga yotqizilgan, sirtdan chiqadigan mikroskopik tuzilmalar tufayli yorug'lik to'lqinining xususiyatlarini o'zgartiradi. Har bir bunday to'siq yorug'likni turlicha sindirib, yo'nalishini o'zgartiradi. Shuning uchun kompyuterda ishlab chiqilgan va kompyuter protsessorlariga o'xshash usullar yordamida ishlab chiqarilgan bunday nanostrukturani (nano) to'g'ri taqsimlash muhimdir. Bu shuni anglatadiki, ushbu turdagi linzalar ma'lum ishlab chiqarish jarayonlaridan foydalangan holda oldingi zavodlarda ishlab chiqarilishi mumkin. Titan dioksidi purkash uchun ishlatiladi.

"Meta-optika" ning yana bir innovatsion yechimini eslatib o'tish kerak. metamaterial giperlinzalarBuffalodagi Amerika universitetida olingan. Giperlinzalarning birinchi versiyalari kumush va dielektrik materialdan tayyorlangan, ammo ular faqat to'lqin uzunligining juda tor diapazonida ishlagan. Buffalo olimlari termoplastik qutida oltin tayoqlarning konsentrik tartibidan foydalanganlar. Ko'rinadigan yorug'lik to'lqin uzunligi diapazonida ishlaydi. Tadqiqotchilar misol sifatida tibbiy endoskop yordamida yangi yechimdan kelib chiqadigan rezolyutsiyaning o'sishini ko'rsatmoqdalar. Odatda 10 250 nanometrgacha bo'lgan ob'ektlarni taniydi va giperlinzalarni o'rnatgandan so'ng XNUMX nanometrgacha "pastga tushadi". Dizayn diffraktsiya muammosini bartaraf etadi, bu hodisa optik tizimlarning ruxsatini sezilarli darajada kamaytiradi - to'lqin buzilishi o'rniga ular keyingi optik qurilmalarda qayd etilishi mumkin bo'lgan to'lqinlarga aylanadi.

Nature Communications nashriga ko‘ra, bu usul tibbiyotdan tortib, bitta molekula kuzatuvigacha bo‘lgan ko‘plab sohalarda qo‘llanilishi mumkin. Metamateriallarga asoslangan beton qurilmalarni kutish o'rinli. Ehtimol, ular virtual haqiqatga nihoyat haqiqiy muvaffaqiyatga erishishga imkon beradi. "Optik kompyuterlar"ga kelsak, bular hali ham ancha uzoq va noaniq istiqbollardir. Biroq, hech narsani istisno qilib bo'lmaydi ...