Yeni metamateriallar: işıq nəzarət altındadır

"Metamateriallar" haqqında çoxlu hesabatlar (dırnaq işarələrində, çünki tərif bulanıqlaşmağa başlayır) onları müasir texnologiya dünyasının üzləşdiyi bütün problemlər, ağrılar və məhdudiyyətlər üçün demək olar ki, panacea kimi düşünməyə vadar edir. Son zamanlar ən maraqlı konsepsiyalar optik kompüterlərə və virtual reallığa aiddir.

ilə bağlı gələcəyin hipotetik kompüterlərimisal kimi Tel-Əvivdəki İsrail TAU Universitetinin mütəxəssislərinin tədqiqatını göstərmək olar. Onlar optik kompüterlər yaratmaq üçün istifadə edilməli olan çoxqatlı nanomateriallar layihələndirirlər. Öz növbəsində, İsveçrə Paul Scherrer İnstitutunun tədqiqatçıları bir milyard miniatür maqnitdən üç fazalı maddə yaratdılar. üç ümumi vəziyyəti simulyasiya edin, su ilə bənzətmə ilə.

Nə üçün istifadə edilə bilər? İsraillilər qurmaq istəyirlər. İsveçrəlilər məlumatların ötürülməsi və qeyd edilməsi, eləcə də ümumiyyətlə spintronika haqqında danışırlar.

Suyun üç vəziyyətini təqlid edən minimaqnitlərdən hazırlanmış üç fazalı metamaterial.

İstəyə görə fotonlar

Energetika Departamentinin Lourens Berkli Milli Laboratoriyasının alimlərinin araşdırmaları metamateriallar əsasında optik kompüterlərin inkişafına səbəb ola bilər. Müəyyən bir yerdə müəyyən atom paketlərini tuta bilən, ciddi şəkildə dizayn edilmiş, idarə olunan bir lazer çərçivəsi yaratmağı təklif edirlər. işıq əsaslı quruluş. Təbii kristallara bənzəyir. Bir fərqlə - demək olar ki, mükəmməldir, təbii materiallarda heç bir qüsur müşahidə edilmir.

Alimlər hesab edirlər ki, onlar nəinki "yüngül kristalında" atom qruplarının mövqeyini möhkəm idarə edə biləcəklər, həm də başqa bir lazerdən (infraqırmızı diapazona yaxın) istifadə edərək, ayrı-ayrı atomların davranışına fəal təsir göstərə biləcəklər. Onlar, məsələn, tələb olunduqda, müəyyən bir enerji buraxacaqlar - hətta kristalın bir yerindən çıxarıldıqda, başqa bir yerdə sıxışan bir atoma təsir göstərə bilən tək bir foton. Bu, bir növ sadə məlumat mübadiləsi olacaq.

Bir fotonu idarə olunan şəkildə tez buraxmaq və onu bir atomdan digərinə az itki ilə ötürmək bacarığı kvant hesablamaları üçün vacib bir məlumat emal mərhələsidir. Çox mürəkkəb hesablamaları yerinə yetirmək üçün idarə olunan fotonların bütün massivlərindən istifadə etməyi təsəvvür etmək olar - müasir kompüterlərdən daha sürətli. Süni kristalda yerləşdirilmiş atomlar da bir yerdən başqa yerə tullana bilirdi. Bu halda, onlar özləri kvant kompüterində məlumat daşıyıcısına çevriləcək və ya kvant sensoru yarada biləcəklər.

Alimlər müəyyən ediblər ki, rubidium atomları öz məqsədləri üçün idealdır. Bununla belə, barium, kalsium və ya sezium atomları da oxşar enerji səviyyələrinə malik olduqları üçün süni lazer kristalı tərəfindən tutula bilər. Təklif olunan metamaterialı real təcrübədə etmək üçün tədqiqat qrupu süni kristal qəfəsdə bir neçə atom tutmalı və hətta daha yüksək enerji vəziyyətlərində həyəcanlandıqda belə onları orada saxlamalı idi.

Optik qüsurları olmayan virtual reallıq

Metamateriallar texnologiyanın inkişaf etməkdə olan başqa bir sahəsində faydalı tətbiqlər tapa bilər -. Virtual reallığın bir çox fərqli məhdudiyyətləri var. Bizə məlum olan optikanın qüsurları mühüm rol oynayır. Mükəmməl bir optik sistem qurmaq praktiki olaraq mümkün deyil, çünki həmişə sözdə aberrasiyalar var, yəni. müxtəlif amillərin yaratdığı dalğa təhrifi. Biz sferik və xromatik aberrasiyalar, astiqmatizm, koma və optikanın bir çox digər mənfi təsirlərindən xəbərdarıq. Virtual reallıq dəstlərindən istifadə edən hər kəs bu hadisələrlə məşğul olmalıdır. Yüngül, yüksək keyfiyyətli təsvirlər istehsal edən, görünən göy qurşağı olmayan (xromatik aberrasiya), geniş baxış sahəsi verən və ucuz olan VR optikasını dizayn etmək mümkün deyil. Bu sadəcə qeyri-realdır.

Buna görə VR avadanlıq istehsalçıları Oculus və HTC Fresnel linzalarından istifadə edirlər. Bu, əhəmiyyətli dərəcədə az çəki əldə etməyə, xromatik aberrasiyaları aradan qaldırmağa və nisbətən aşağı qiymət əldə etməyə imkan verir (belə linzaların istehsalı üçün material ucuzdur). Təəssüf ki, refraktiv üzüklər w səbəb olur Fresnel linzaları kontrastın əhəmiyyətli dərəcədə azalması və səhnənin yüksək kontrastlı (qara fon) olduğu yerlərdə xüsusilə nəzərə çarpan mərkəzdənqaçma parıltısının yaradılması.

Ancaq bu yaxınlarda Federiko Kapassonun rəhbərlik etdiyi Harvard Universitetinin alimləri inkişaf etdirməyə nail oldular metamateriallardan istifadə edərək nazik və düz lens. Şüşə üzərindəki nanostruktur təbəqəsi insan saçından (0,002 mm) daha nazikdir. Onun tipik çatışmazlıqları yoxdur, həm də bahalı optik sistemlərdən daha yaxşı görüntü keyfiyyəti təmin edir.

Capasso lensi, işığı əyən və səpələyən tipik qabarıq linzalardan fərqli olaraq, səthdən çıxan, kvars şüşəsinə çökən mikroskopik strukturlar səbəbindən işıq dalğasının xüsusiyyətlərini dəyişir. Hər bir belə çıxıntı işığı fərqli şəkildə sındırır, istiqamətini dəyişir. Buna görə də, kompüterdə dizayn edilmiş və kompüter prosessorlarına bənzər üsullarla istehsal olunan belə bir nanostrukturun (nanostrukturun) düzgün şəkildə yayılması vacibdir. Bu o deməkdir ki, bu tip linzalar məlum istehsal proseslərindən istifadə etməklə əvvəlki zavodlarda istehsal oluna bilər. Titan dioksid püskürtmək üçün istifadə olunur.

“Meta-optika”nın başqa bir innovativ həllini qeyd etmək yerinə düşər. metamaterial hiperlenslərBuffalodakı Amerika Universitetində çəkilmişdir. Hiperlinzaların ilk versiyaları gümüşdən və dielektrik materialdan hazırlanmışdır, lakin onlar yalnız çox dar dalğa uzunluqları diapazonunda işləyirdilər. Buffalo alimləri termoplastik qutuda qızıl çubuqların konsentrik düzülüşündən istifadə etdilər. Görünən işıq dalğa uzunluğu diapazonunda işləyir. Tədqiqatçılar nümunə olaraq tibbi endoskopdan istifadə edərək yeni həll nəticəsində yaranan qətnamə artımını göstərirlər. O, adətən 10 nanometrə qədər olan obyektləri tanıyır və hiperlinzaları quraşdırdıqdan sonra 250 nanometrə qədər "düşür". Dizayn, optik sistemlərin ayırdetmə qabiliyyətini əhəmiyyətli dərəcədə azaldan fenomen olan difraksiya problemini aradan qaldırır - dalğa təhrifinin əvəzinə onlar sonrakı optik cihazlarda qeyd oluna bilən dalğalara çevrilir.

Nature Communications-da dərc olunan bir nəşrə görə, bu üsul tibbdən tutmuş tək molekullu müşahidələrə qədər bir çox sahədə istifadə oluna bilər. Metamateriallara əsaslanan beton qurğuları gözləmək məqsədəuyğundur. Bəlkə də onlar virtual reallığın nəhayət real uğur qazanmasına imkan verəcəklər. "Optik kompüterlərə" gəldikdə isə, bunlar hələ də kifayət qədər uzaq və qeyri-müəyyən perspektivlərdir. Bununla belə, heç nəyi istisna etmək olmaz...