Жаңа метаматериалдар: бақылаудағы жарық
«Метаматериалдар» туралы көптеген есептер (тырнақшаға алынған, себебі анықтамасы бұлыңғыр бола бастады) оларды заманауи технология әлемі тап болатын барлық проблемалар, қиындықтар мен шектеулер үшін панацея деп санауға мәжбүр етеді. Соңғы уақытта ең қызықты ұғымдар оптикалық компьютерлер мен виртуалды шындыққа қатысты.
қатысты болашақтың гипотетикалық компьютерлеріМысал ретінде Тель-Авивтегі Израильдің TAU университеті мамандарының зерттеулерін келтіруге болады. Олар оптикалық компьютерлерді жасау үшін пайдаланылуы керек көп қабатты наноматериалдарды құрастыруда. Өз кезегінде швейцариялық Пол Шеррер институтының зерттеушілері миллиард миниатюралық магниттерден үш фазалы зат құрастырды. үш жиынтық күйді имитациялау, суға ұқсастығы бойынша.
Оны не үшін пайдалануға болады? Израильдіктер салуды қалайды. Швейцариялықтар деректерді беру және жазу, сондай-ақ жалпы спинтроника туралы айтады.
Судың үш күйін қайталайтын минимагнетиктерден жасалған үш фазалы метаматериал.
Фотондар сұраныс бойынша
Энергетика департаментіндегі Лоуренс Беркли ұлттық зертханасының ғалымдарының зерттеулері метаматериалдар негізіндегі оптикалық компьютерлердің дамуына әкелуі мүмкін. Олар белгілі бір жерде атомдардың белгілі пакеттерін түсіре алатын, қатаң жобаланған, басқарылатын лазерлік құрылымды құруды ұсынады. жарыққа негізделген құрылым. Ол табиғи кристалдарға ұқсайды. Бір айырмашылығы - бұл тамаша дерлік, табиғи материалдарда ақаулар байқалмайды.
Ғалымдар өздерінің «жеңіл кристалындағы» атомдар топтарының орнын қатаң бақылап қана қоймай, басқа лазерді (инфрақызыл диапазонға жақын) пайдалана отырып, жеке атомдардың мінез-құлқына белсенді түрде әсер ететініне сенеді. Олар, мысалы, сұраныс бойынша оларды белгілі бір энергия шығаруға мәжбүр етеді - тіпті бір фотон да кристалдың бір жерінен шығарылғанда, басқа жерде ұсталған атомға әсер ете алады. Бұл қарапайым ақпарат алмасудың бір түрі болады.
Фотонды басқарылатын жолмен жылдам босату және оны бір атомнан екінші атомға аз шығынмен беру мүмкіндігі кванттық есептеулер үшін ақпаратты өңдеудің маңызды қадамы болып табылады. Өте күрделі есептеулерді орындау үшін басқарылатын фотондардың бүкіл массивтерін пайдалануды елестетуге болады - заманауи компьютерлерді пайдаланудан әлдеқайда жылдам. Жасанды кристалға енгізілген атомдар да бір жерден екінші жерге секіре алады. Бұл жағдайда олар кванттық компьютерде ақпарат тасымалдаушыларға айналады немесе кванттық сенсорды жасай алады.
Ғалымдар рубидий атомдары өз мақсаттары үшін өте қолайлы екенін анықтады. Дегенмен, барий, кальций немесе цезий атомдарын да жасанды лазер кристалымен алуға болады, өйткені олардың энергия деңгейлері ұқсас. Ұсынылған метаматериалды нақты экспериментке айналдыру үшін зерттеу тобына жасанды кристалдық тордағы бірнеше атомды ұстап, тіпті жоғары энергия күйлеріне дейін қозғалған кезде де ұстау керек болады.
Оптикалық ақаусыз виртуалды шындық
Метаматериалдар технологияның басқа дамып келе жатқан саласында пайдалы қолданбаларды таба алады -. Виртуалды шындықтың көптеген шектеулері бар. Бізге белгілі оптиканың жетілмегендігі маңызды рөл атқарады. Мінсіз оптикалық жүйені құру іс жүзінде мүмкін емес, өйткені әрқашан аберрациялар деп аталатындар бар, яғни. әртүрлі факторлардың әсерінен болатын толқынның бұрмалануы. Біз сфералық және хроматикалық аберрациялар, астигматизм, кома және оптиканың көптеген басқа жағымсыз әсерлерін білеміз. Виртуалды шындық жиынын пайдаланған кез келген адам осы құбылыстармен айналысқан болуы керек. Жеңіл, жоғары сапалы кескіндер шығаратын, кемпірқосақ көрінбейтін (хроматикалық аберрациялар), үлкен көру өрісін беретін және арзан болатын VR оптикасын жобалау мүмкін емес. Бұл жай ғана шындыққа жанаспайды.
Сондықтан VR жабдықтарын өндірушілер Oculus және HTC Fresnel линзалары деп аталатындарды пайдаланады. Бұл айтарлықтай аз салмақ алуға, хроматикалық аберрацияларды жоюға және салыстырмалы түрде төмен баға алуға мүмкіндік береді (мұндай линзаларды өндіруге арналған материал арзан). Өкінішке орай, сыну сақиналары w тудырады Френель линзалары контрасттың айтарлықтай төмендеуі және орталықтан тепкіш жарқыраудың пайда болуы, әсіресе сахнаның контрасты жоғары (қара фон) бар жерде байқалады.
Алайда жақында Федерико Капассо бастаған Гарвард университетінің ғалымдары дамып үлгерді метаматериалдар арқылы жұқа және жалпақ линза. Шыныдағы наноқұрылымдық қабат адам шашынан (0,002 мм) жұқа. Оның әдеттегі кемшіліктері ғана емес, сонымен қатар ол қымбат оптикалық жүйелерге қарағанда әлдеқайда жақсы сурет сапасын қамтамасыз етеді.
Капассо линзасы жарықты бүгіп, шашыратып жіберетін әдеттегі дөңес линзалардан айырмашылығы, кварц шынысында тұндырылған бетінен шығып тұрған микроскопиялық құрылымдардың арқасында жарық толқынының қасиеттерін өзгертеді. Әрбір мұндай кертпеш өз бағытын өзгерте отырып, жарықты әртүрлі түрде сындырады. Сондықтан компьютерлік процессорларға ұқсас әдістерді қолдану арқылы компьютерлік жобаланған және шығарылатын мұндай наноқұрылымды (үлгіні) дұрыс тарату маңызды. Бұл линзаның бұл түрін белгілі өндірістік процестерді пайдалана отырып, бұрынғы зауыттарда шығаруға болатындығын білдіреді. Титан диоксиді бүрку үшін қолданылады.
«Мета-оптиканың» тағы бір инновациялық шешімін атап өткен жөн. метаматериалды гиперлензаларБуффалодағы Америка университетінде алынған. Гиперлинзалардың алғашқы нұсқалары күміс пен диэлектрлік материалдан жасалған, бірақ олар толқын ұзындығының өте тар диапазонында ғана жұмыс істеді. Буффало ғалымдары термопластикалық корпуста алтын таяқшалардың концентрлік орналасуын пайдаланды. Ол көрінетін жарық толқын ұзындығы диапазонында жұмыс істейді. Зерттеушілер мысал ретінде медициналық эндоскопты пайдалана отырып, жаңа шешімнің нәтижесінде алынған ажыратымдылықтың жоғарылауын көрсетеді. Ол әдетте 10 250 нанометрге дейінгі нысандарды таниды және гиперлинзаларды орнатқаннан кейін ол ХNUMX нанометрге дейін «құлайды». Дизайн оптикалық жүйелердің рұқсатын айтарлықтай төмендететін құбылыс дифракция мәселесін жеңеді - толқындық бұрмаланудың орнына олар кейінгі оптикалық құрылғыларда жазылуы мүмкін толқындарға айналады.
Nature Communications басылымында жарияланған мәліметке қарағанда, бұл әдісті медицинадан бір молекулалық бақылауға дейін көптеген салаларда қолдануға болады. Метаматериалдар негізіндегі бетон құрылғыларын күту орынды. Мүмкін, олар виртуалды шындыққа нақты жетістікке жетуге мүмкіндік береді. «Оптикалық компьютерлерге» келетін болсақ, бұл әлі де алыс және бұлыңғыр перспективалар. Дегенмен, ештеңені жоққа шығаруға болмайды ...
