Метаматериалҳои нав: рӯшноӣ таҳти назорат

Бисёр гузоришҳо дар бораи "метоматериалҳо" (дар нохунакҳо, зеро таъриф норавшан шудан мегирад) моро водор мекунад, ки онҳоро тақрибан як панацея барои ҳама мушкилот, дардҳо ва маҳдудиятҳое, ки ҷаҳони муосири технология бо онҳо рӯбарӯ ҳастанд, фикр кунем. Мафҳумҳои ҷолибтарин вақтҳои охир ба компютерҳои оптикӣ ва воқеияти виртуалӣ дахл доранд.

дар муомила компютерҳои фарзияи ояндаба сифати мисол тадкикоти мутахассисони университети ТАУ-и Исроил дар Тель-Авивро овардан мумкин аст. Онҳо наноматериалҳои бисёрқабатаро тарҳрезӣ мекунанд, ки бояд барои сохтани компютерҳои оптикӣ истифода шаванд. Дар навбати худ, муҳаққиқони Институти Швейтсария Пол Шеррер аз як миллиард магнитҳои миниатюрӣ як моддаи сефазавӣ сохтанд, ки қодиранд се ҳолати ҷамъшударо тақлид кунед, дар муқоиса бо об.

Онро барои чӣ истифода бурдан мумкин аст? исроилихо сохтан мехоханд. Швейтсарияҳо дар бораи интиқол ва сабти маълумот, инчунин спинтроника дар маҷмӯъ сӯҳбат мекунанд.

Метаматериали сефазаӣ аз минимагнитҳо сохта шудааст, ки се ҳолати обро тақлид мекунад.

Фотонхо мувофики талаб

Тадқиқоти олимони Лабораторияи Миллии Лоренс Беркли дар Департаменти Энергетика метавонад боиси таҳияи компютерҳои оптикӣ дар асоси метаматериалҳо гардад. Онҳо пешниҳод мекунанд, ки як навъ чаҳорчӯбаи лазерӣ эҷод карда шавад, ки метавонад бастаҳои муайяни атомҳоро дар ҷои муайян гирифта, ба таври қатъӣ тарҳрезишуда ва назоратшаванда эҷод кунад. сохтори дар асоси нур. Он ба кристаллҳои табиӣ шабоҳат дорад. Бо як фарқият - он қариб комил аст, дар маводи табиӣ ҳеҷ гуна камбудиҳо мушоҳида карда намешаванд.

Олимон чунин мешуморанд, ки онхо на танхо мавкеи гуруххои атомхоро дар «кристалл сабук»-и худ сахт назорат карда метавонанд, балки инчунин ба рафтори атомхои алохида бо истифода аз лазери дигар (дар наздикии диапазони инфрасурх) фаъолона таъсир мерасонанд. Онҳо, масалан, онҳоро маҷбур мекунанд, ки энергияи муайян - ҳатто як фотон, ки ҳангоми аз як ҷои кристалл хориҷ шуданаш, метавонад ба атоме, ки дар ҷои дигар ҷойгир аст, амал кунад. Ин як навъ мубодилаи оддии иттилоот хоҳад буд.

Қобилияти зуд озод кардани фотон ба таври назоратшаванда ва интиқоли он бо талафоти кам аз як атом ба атоми дигар як қадами муҳими коркарди иттилоот барои ҳисоббарории квантӣ мебошад. Тасаввур кардан мумкин аст, ки истифодаи тамоми массивҳои фотонҳои идорашаванда барои анҷом додани ҳисобҳои хеле мураккаб - хеле зудтар аз истифодаи компютерҳои муосир. Атомҳои дар кристалл сунъӣ ҷойгиршуда низ метавонанд аз як ҷой ба ҷои дигар ҷаҳида шаванд. Дар ин ҳолат, онҳо худашон интиқолдиҳандагони иттилоот дар компютери квантӣ мешаванд ё метавонанд сенсори квантиро эҷод кунанд.

Олимон муайян карданд, ки атомҳои рубидий барои мақсадҳои онҳо беҳтаринанд. Аммо, атомҳои барий, калсий ё цезийро инчунин тавассути кристали лазерии сунъӣ гирифтан мумкин аст, зеро онҳо сатҳҳои якхелаи энергия доранд. Барои ба як таҷрибаи воқеӣ табдил додани метаматериали пешниҳодшуда, гурӯҳи тадқиқотӣ бояд чанд атомро дар як торчаи булӯри сунъӣ гирифта, ҳатто ҳангоми ҳаяҷон дар ҳолати энергияи баландтар дар он ҷо нигоҳ дорад.

Воқеияти виртуалӣ бе нуқсонҳои оптикӣ

Метаматериалҳо метавонанд барномаҳои муфидро дар соҳаи дигари рушдёбандаи технология пайдо кунанд -. Воқеияти виртуалӣ маҳдудиятҳои зиёде дорад. Камбудихои оптикаи ба мо маълум роли калон мебозанд. Сохтани системаи мукаммали оптикӣ амалан ғайриимкон аст, зеро ҳамеша ба ном аберратсияҳо вуҷуд доранд, яъне. таҳрифи мавҷ, ки бо омилҳои гуногун ба вуҷуд омадааст. Мо аз аберратсияҳои сферикӣ ва хроматикӣ, астигматизм, кома ва бисёр дигар таъсири манфии оптика огоҳ ҳастем. Ҳар касе, ки маҷмӯи воқеияти виртуалиро истифода кардааст, бояд бо ин падидаҳо сарукор дошта бошад. Тарҳрезии оптикаи VR-ро, ки вазни сабук доранд, тасвирҳои баландсифат истеҳсол мекунанд, рангинкамони намоён надоранд (абберратсияҳои хроматикӣ), майдони васеъи назариро медиҳанд ва арзон нестанд. Ин танҳо ғайривоқеист.

Аз ин рӯ, истеҳсолкунандагони таҷҳизоти VR Oculus ва HTC линзаҳои Fresnel номида мешаванд. Ин ба шумо имкон медиҳад, ки вазни хеле кам ба даст оред, аберратсияҳои хроматикиро бартараф кунед ва нархи нисбатан арзон ба даст оред (мавод барои истеҳсоли чунин линзаҳо арзон аст). Мутаассифона, ҳалқаҳои рефраксия боиси w Линзаҳои Fresnel коҳиши назарраси контраст ва эҷоди дурахши марказгурез, ки махсусан дар он ҷое, ки саҳна контрасти баланд дорад (заминаи сиёҳ).

Аммо, ба наздикӣ олимони Донишгоҳи Ҳарвард бо роҳбарии Федерико Капассо тавонистанд инкишоф диҳанд Линзаи борик ва ҳамвор бо истифода аз метаматериалҳо. Қабати наноструктураи шиша аз мӯи инсон (0,002 мм) бориктар аст. Он на танҳо камбудиҳои маъмулӣ надорад, балки инчунин сифати тасвирро нисбат ба системаҳои гаронбаҳои оптикӣ таъмин мекунад.

Линзаи Капассо, бар хилофи линзаҳои маъмулии барҷаста, ки нурро хам ва пароканда мекунад, хосиятҳои мавҷи рӯшноиро аз ҳисоби сохторҳои микроскопӣ, ки аз рӯи шишаи кварц ҷойгир шудаанд, тағир медиҳад. Ҳар як чунин барг нурро ба таври гуногун мешиканад ва самти онро тағир медиҳад. Аз ин рӯ, дуруст тақсим кардани чунин наноструктураи (намуна) муҳим аст, ки бо истифода аз усулҳои монанд ба протсессорҳои компютерӣ тарҳрезӣ ва истеҳсол карда мешаванд. Ин маънои онро дорад, ки ин навъи линза метавонад дар ҳамон корхонаҳои пештара бо истифода аз равандҳои маълуми истеҳсолӣ истеҳсол карда шавад. Диоксиди титан барои пошидан истифода мешавад.

Боз як ҳалли инноватсионии «мета-оптика»-ро зикр кардан бамаврид аст. гиперленсияҳои метаматериалӣдар университети америкоии Буффало гирифта шудааст. Аввалин версияҳои гиперлензаҳо аз нуқра ва маводи диэлектрикӣ сохта шуда буданд, аммо онҳо танҳо дар доираи хеле танги дарозии мавҷ кор мекарданд. Олимони Буффало дар як ҳолати термопластикӣ сохтори консентрикии чӯбҳои тиллоиро истифода бурданд. Он дар доираи дарозии мавҷи нури намоён кор мекунад. Муҳаққиқон афзоиши резолюцияро дар натиҷаи ҳалли нав бо истифода аз эндоскопи тиббиро ҳамчун мисол нишон медиҳанд. Он одатан объектҳоро то 10 нанометр эътироф мекунад ва пас аз насб кардани гиперлинзҳо, он ба 250 нанометр "афтад". Тарҳ мушкилоти дифраксияро бартараф мекунад, ки ин падидае, ки қобилияти системаҳои оптикиро хеле кам мекунад - ба ҷои таҳрифи мавҷ онҳо ба мавҷҳое табдил меёбанд, ки дар дастгоҳҳои оптикии минбаъда сабт карда мешаванд.

Тибқи як нашрия дар Nature Communications, ин усулро метавон дар бисёр соҳаҳо, аз тиб то мушоҳидаҳои як молекула истифода кард. Мунтазири дастгоххои бетонй дар асоси метаматериалхо мувофик аст. Шояд онҳо ба воқеияти виртуалӣ имкон медиҳанд, ки ниҳоят ба муваффақияти воқеӣ ноил шаванд. Дар мавриди "компютерҳои оптикӣ" бошад, инҳо ҳанӯз дурнамои дур ва норавшананд. Бо вуҷуди ин, ҳеҷ чизро истисно кардан мумкин нест ...