Жаңы метаматериалдар: жарык көзөмөл астында

"Метаматериалдар" жөнүндө көптөгөн отчеттор (тырмакчанын ичинде, анткени аныктама бүдөмүк боло баштады) бизди аларды заманбап технология дүйнөсү туш болгон бардык көйгөйлөр, азаптар жана чектөөлөр үчүн панацея катары кароого мажбурлайт. Акыркы убакта эң кызыктуу түшүнүктөр оптикалык компьютерлерге жана виртуалдык реалдуулукка тиешелүү.

карата келечектин гипотетикалык компьютерлериМисал катары Тель-Авивдеги Израилдин TAU университетинин адистеринин изилдөөлөрүн келтирүүгө болот. Алар оптикалык компьютерлерди түзүү үчүн колдонула турган көп катмарлуу наноматериалдарды иштеп чыгууда. Өз кезегинде швейцариялык Пол Шеррер институтунун изилдөөчүлөрү миллиарддаган миниатюралык магниттен үч фазалуу зат түзүшкөн. үч агрегаттык абалды имитациялоо, сууга окшош.

Аны эмне үчүн колдонсо болот? Израилдиктер курууну каалашат. Швейцариялыктар маалыматтарды берүү жана жазуу, ошондой эле жалпысынан спинтроника жөнүндө сүйлөшөт.

Суунун үч абалын туураган минимагниттерден жасалган үч фазалуу метаматериал.

Фотондор талап боюнча

Энергетика департаментинин Лоуренс Беркли улуттук лабораториясынын окумуштууларынын изилдөөлөрү метаматериалдарга негизделген оптикалык компьютерлердин өнүгүшүнө алып келиши мүмкүн. Алар белгилүү бир жерде атомдордун белгилүү пакеттерин кармап, катуу иштелип чыккан, көзөмөлдөнүүчү лазердик алкактын түрүн түзүүнү сунушташат. жарык негизделген түзүлүш. Бул табигый кристаллдарга окшош. Бир айырмасы менен - ​​бул дээрлик кемчиликсиз, табигый материалдарда эч кандай кемчиликтер байкалбайт.

Окумуштуулар алар "жарык кристаллдагы" атомдор топторунун абалын катуу көзөмөлдөп тим болбостон, башка лазерди (инфракызыл диапазонго жакын) колдонуу менен айрым атомдордун жүрүм-турумуна активдүү таасир эте алышат деп эсептешет. Алар, мисалы, суроо-талап боюнча аларды белгилүү бир энергия бөлүп чыгарышат - жада калса бир фотон да, кристаллдын бир жеринен чыгарылганда, башка жерде камалып калган атомго таасир эте алат. Бул жөнөкөй маалымат алмашуунун бир түрү болот.

Фотонду башкарылуучу жол менен тез чыгаруу жана аны бир атомдон экинчи атомго бир аз жоготуу менен өткөрүп берүү жөндөмү кванттык эсептөө үчүн маанилүү маалыматты иштетүү кадамы болуп саналат. Өтө татаал эсептөөлөрдү жүргүзүү үчүн башкарылган фотондордун бүт массивдерин колдонууну элестетүүгө болот – заманбап компьютерлерди колдонууга караганда алда канча ылдам. Жасалма кристаллга салынган атомдор да бир жерден экинчи жерге секире алмак. Бул учурда, алар өздөрү кванттык компьютерде маалымат алып жүрүүчү болуп калмак же кванттык сенсорду түзө алышат.

Окумуштуулар рубидий атомдору өз максаттары үчүн идеалдуу экенин аныкташкан. Бирок, барий, кальций же цезий атомдорун да жасалма лазердик кристалл кармап алса болот, анткени алардын энергия деңгээли окшош. Сунушталган метаматериалды чыныгы экспериментке айландыруу үчүн, изилдөө тобу жасалма кристалл торчодо бир нече атомду кармап, аларды жогорку энергетикалык абалга келгенде да ошол жерде кармап турушу керек.

Оптикалык кемчиликтери жок виртуалдык чындык

Метаматериалдар технологиянын башка өнүгүп келе жаткан тармагында пайдалуу колдонмолорду таба алат. Виртуалдык чындык көптөгөн ар кандай чектөөлөргө ээ. Бизге белгилүү болгон оптиканын кемчиликтери чоң роль ойнойт. Кемчиликсиз оптикалык системаны куруу иш жүзүндө мүмкүн эмес, анткени дайыма аберрациялар деп аталгандар, б.а. ар кандай факторлор менен шартталган толкундун бурмаланышы. Биз сфералык жана хроматикалык аберрациялар, астигматизм, кома жана оптиканын көптөгөн башка терс таасирлерин билебиз. Виртуалдык реалдуулук топтомун колдонгон ар бир адам бул көрүнүштөр менен күрөшкөн болушу керек. Жеңил, жогорку сапаттагы сүрөттөрдү чыгарган, көзгө көрүнгөн асан-үсөн (хроматикалык аберрациялар) жок, чоң көрүнүштү берген жана арзан болгон VR оптикасын долбоорлоо мүмкүн эмес. Бул жөн эле реалдуу эмес.

Ошондуктан VR жабдууларын өндүрүүчүлөр Oculus жана HTC Fresnel линзаларын колдонушат. Бул кыйла азыраак салмак алууга, хроматикалык аберрацияларды жок кылууга жана салыштырмалуу төмөн бааны алууга мүмкүндүк берет (мындай линзаларды өндүрүү үчүн материал арзан). Тилекке каршы, сынуу шакекчелери w Френель линзалары контрасттын олуттуу төмөндөшү жана борбордон четтөөчү жаркыроонун жаралышы, бул өзгөчө көрүнүш жогорку контраст (кара фон) бар жерде байкалат.

Бирок жакында Федерико Капассо жетектеген Гарвард университетинин окумуштуулары иштеп чыгууга жетишти метаматериалдарды колдонуу менен ичке жана жалпак линза. Айнектеги наноструктуралык катмар адамдын чачынан да ичке (0,002 мм). Ал гана эмес, типтүү кемчиликтери жок, бирок ал кымбат оптикалык системаларга караганда алда канча жакшыраак сүрөт сапатын камсыз кылат.

Капассо линзасы жарыкты ийип, чачыраткан типтүү томпок линзалардан айырмаланып, кварц айнегине чөккөн, бетинен чыгып турган микроскопиялык түзүлүштөрдүн эсебинен жарык толкунунун касиеттерин өзгөртөт. Ар бир мындай кырлар жарыкты ар кандай сындырып, багытын өзгөртөт. Ошондуктан, компьютердик процессорлорго окшош ыкмалар менен компьютерде иштелип чыккан жана өндүрүлгөн мындай наноструктураны (үлгү) туура бөлүштүрүү маанилүү. Бул линзанын бул түрүн мурдагыдай эле заводдордо белгилүү өндүрүш процесстерин колдонуу менен чыгарууга болот дегенди билдирет. Титандын диоксиди чачыратуу үчүн колдонулат.

«Мета-оптиканын» дагы бир инновациялык чечими тууралуу айта кетели. метаматериалдык гиперлензаларБуффалодогу Америка университетинде алынган. Гиперлензалардын биринчи версиялары күмүштөн жана диэлектрдик материалдан жасалган, бирок алар толкун узундуктарынын өтө тар диапазондорунда гана иштеген. Буффало окумуштуулары термопластикалык корпуста алтын таякчалардын концентрдик түзүлүшүн колдонушкан. Ал көрүнгөн жарык толкун узундугу диапазонунда иштейт. Изилдөөчүлөр мисал катары медициналык эндоскопту колдонуу менен жаңы чечимдин натыйжасында резолюциянын жогорулашын көрсөтүшөт. Ал, адатта, 10 нанометрге чейинки объекттерди тааныйт жана гиперлинзаларды орноткондон кийин, ал 250 нанометрге чейин "түшүп кетет". Дизайн оптикалык системалардын чечүүчүлүгүн бир топ төмөндөтүүчү кубулуш болгон дифракция проблемасын жеңет - толкундун бурмаланышынын ордуна алар кийинки оптикалык приборлордо жазыла турган толкундарга айландырылат.

Nature Communications басылмасынын маалыматына ылайык, бул ыкманы медицинадан бир молекулалык байкоолорго чейин көптөгөн тармактарда колдонсо болот. Метаматериалдарга негизделген бетондук түзүлүштөрдү күтүү туура. Балким, алар виртуалдык чындыкка акыры чыныгы ийгиликке жетүү үчүн мүмкүнчүлүк берет. "Оптикалык компьютерлерге" келсек, булар дагы эле алыскы жана бүдөмүк перспективалар. Бирок, эч нерсени жокко чыгарууга болбойт...