Metamateriale të reja: drita nën kontroll

Shumë raporte për "metamaterialet" (në thonjëza, sepse përkufizimi ka filluar të turbullohet) na bëjnë t'i konsiderojmë ato pothuajse si një ilaç për të gjitha problemet, dhimbjet dhe kufizimet me të cilat përballet bota moderne e teknologjisë. Konceptet më interesante kohët e fundit kanë të bëjnë me kompjuterët optikë dhe realitetin virtual.

në një lidhje kompjuterët hipotetikë të së ardhmesSi shembull, mund të përmendet hulumtimi i specialistëve nga Universiteti izraelit TAU ​​në Tel Aviv. Ata po projektojnë nanomateriale me shumë shtresa që duhet të përdoren për të krijuar kompjuterë optikë. Nga ana tjetër, studiuesit nga Instituti zviceran Paul Scherrer ndërtuan një substancë trefazore nga një miliard magnet miniaturë të aftë të simuloni tre gjendje agregate, për analogji me ujin.

Për çfarë mund të përdoret? Izraelitët duan të ndërtojnë. Zviceranët flasin për transmetimin dhe regjistrimin e të dhënave, si dhe spintronikën në përgjithësi.

Një metamaterial trefazor i bërë nga minimagnet që imiton tre gjendjet e ujit.

Fotonet sipas kërkesës

Hulumtimi nga shkencëtarët në Laboratorin Kombëtar Lawrence Berkeley në Departamentin e Energjisë mund të çojë në zhvillimin e kompjuterëve optikë të bazuar në metamateriale. Ata propozojnë krijimin e një lloj kornize lazeri që mund të kapë paketa të caktuara atomesh në një vend të caktuar, duke krijuar një dizajn të rreptë, të kontrolluar. strukturë e bazuar në dritë. I ngjan kristaleve natyrore. Me një ndryshim - është pothuajse i përsosur, nuk vërehen defekte në materialet natyrore.

Shkencëtarët besojnë se ata jo vetëm që do të jenë në gjendje të kontrollojnë fort pozicionin e grupeve të atomeve në "kristalin e tyre të lehtë", por gjithashtu do të ndikojnë në mënyrë aktive në sjelljen e atomeve individuale duke përdorur një lazer tjetër (afër rrezes infra të kuqe). Ata do t'i bëjnë ato, për shembull, sipas kërkesës të lëshojnë një energji të caktuar - qoftë edhe një foton të vetëm, i cili, kur hiqet nga një vend në kristal, mund të veprojë në një atom të bllokuar në një tjetër. Do të jetë një lloj shkëmbimi i thjeshtë informacioni.

Aftësia për të lëshuar shpejt një foton në një mënyrë të kontrolluar dhe për ta transferuar atë me pak humbje nga një atom në tjetrin është një hap i rëndësishëm i përpunimit të informacionit për llogaritjen kuantike. Dikush mund të imagjinojë përdorimin e grupeve të tëra të fotoneve të kontrolluara për të kryer llogaritjet shumë komplekse - shumë më shpejt sesa përdorimi i kompjuterëve modernë. Atomet e ngulitura në një kristal artificial gjithashtu mund të kërcejnë nga një vend në tjetrin. Në këtë rast, ata vetë do të bëheshin bartës informacioni në një kompjuter kuantik ose mund të krijonin një sensor kuantik.

Shkencëtarët kanë zbuluar se atomet e rubidiumit janë ideale për qëllimet e tyre. Megjithatë, atomet e bariumit, kalciumit ose ceziumit gjithashtu mund të kapen nga një kristal artificial lazer sepse ato kanë nivele të ngjashme energjie. Për të bërë metamaterialin e propozuar në një eksperiment të vërtetë, ekipit hulumtues do t'i duhej të kapte disa atome në një rrjetë kristalore artificiale dhe t'i mbante ato atje edhe kur janë të ngacmuar në gjendje më të larta të energjisë.

Realiteti virtual pa defekte optike

Metamaterialet mund të gjejnë aplikime të dobishme në një fushë tjetër në zhvillim të teknologjisë -. Realiteti virtual ka shumë kufizime të ndryshme. Papërsosmëritë e optikës të njohura për ne luajnë një rol të rëndësishëm. Është praktikisht e pamundur të ndërtohet një sistem optik perfekt, sepse gjithmonë ka të ashtuquajtura devijime, d.m.th. shtrembërimi i valës i shkaktuar nga faktorë të ndryshëm. Ne jemi të vetëdijshëm për devijimet sferike dhe kromatike, astigmatizmin, koma dhe shumë e shumë efekte të tjera negative të optikës. Kushdo që ka përdorur komplete të realitetit virtual duhet të jetë përballur me këto fenomene. Është e pamundur të projektosh optikë VR që janë të lehta, të prodhojnë imazhe me cilësi të lartë, të mos kenë ylber të dukshëm (aberacione kromatike), të japin një fushë të madhe shikimi dhe të jenë të lira. Kjo është thjesht joreale.

Kjo është arsyeja pse prodhuesit e pajisjeve VR Oculus dhe HTC përdorin ato që quhen lente Fresnel. Kjo ju lejon të merrni dukshëm më pak peshë, të eliminoni devijimet kromatike dhe të merrni një çmim relativisht të ulët (materiali për prodhimin e lenteve të tilla është i lirë). Fatkeqësisht, unazat refraktive shkaktojnë w Lente Fresnel një rënie e ndjeshme e kontrastit dhe krijimi i një shkëlqimi centrifugal, i cili vihet re veçanërisht aty ku skena ka një kontrast të lartë (sfondi i zi).

Megjithatë, kohët e fundit shkencëtarët nga Universiteti i Harvardit, të udhëhequr nga Federico Capasso, arritën të zhvilloheshin lente e hollë dhe e sheshtë duke përdorur metamateriale. Shtresa e nanostrukturës në xhami është më e hollë se qimet e njeriut (0,002 mm). Jo vetëm që nuk ka të metat tipike, por gjithashtu siguron cilësi shumë më të mirë të imazhit sesa sistemet e shtrenjta optike.

Lentet Capasso, ndryshe nga thjerrëzat tipike konvekse që përkulin dhe shpërndajnë dritën, ndryshon vetitë e valës së dritës për shkak të strukturave mikroskopike që dalin nga sipërfaqja, të depozituara në xhamin kuarc. Secila parvaz e tillë e thyen dritën ndryshe, duke ndryshuar drejtimin e saj. Prandaj, është e rëndësishme që të shpërndahet siç duhet një nanostrukturë (modeli) e tillë që është projektuar dhe prodhuar në kompjuter duke përdorur metoda të ngjashme me procesorët kompjuterikë. Kjo do të thotë se ky lloj lente mund të prodhohet në të njëjtat fabrika si më parë, duke përdorur procese të njohura të prodhimit. Dioksidi i titanit përdoret për spërkatje.

Vlen të përmendet një zgjidhje tjetër novatore e "meta-optikës". hiperlentet metamaterialemarrë në Universitetin Amerikan në Buffalo. Versionet e para të hiperlentave ishin bërë prej argjendi dhe një materiali dielektrik, por ato funksiononin vetëm në një gamë shumë të ngushtë gjatësi vale. Shkencëtarët Buffalo përdorën një rregullim koncentrik shufrash ari në një kuti termoplastike. Ajo funksionon në intervalin e gjatësisë së valës së dritës së dukshme. Studiuesit ilustrojnë rritjen e rezolucionit që rezulton nga zgjidhja e re duke përdorur një endoskop mjekësor si shembull. Zakonisht njeh objekte deri në 10 nanometra, dhe pas instalimit të hiperlentave, "zbret" deri në 250 nanometra. Dizajni e kapërcen problemin e difraksionit, një fenomen që zvogëlon ndjeshëm rezolucionin e sistemeve optike - në vend të shtrembërimit të valës, ato shndërrohen në valë që mund të regjistrohen në pajisjet optike pasuese.

Sipas një botimi në Nature Communications, kjo metodë mund të përdoret në shumë fusha, nga mjekësia deri te vëzhgimet e një molekule. Është e përshtatshme të prisni pajisje konkrete të bazuara në metamateriale. Ndoshta ata do të lejojnë që realiteti virtual të arrijë më në fund sukses të vërtetë. Sa për "kompjuterët optikë", këto janë ende perspektiva mjaft të largëta dhe të paqarta. Megjithatë, asgjë nuk mund të përjashtohet...