Шинэ метаматериалууд: гэрэл хяналтанд байдаг

"Метаматериал"-ын тухай маш олон тайлан (хашилтанд, учир нь тодорхойлолт нь бүдгэрч эхэлсэн) нь орчин үеийн технологийн ертөнцөд тулгарч буй бүх асуудал, бэрхшээл, хязгаарлалтыг арилгах бараг эм гэж бодоход хүргэдэг. Сүүлийн үед хамгийн сонирхолтой ойлголтууд нь оптик компьютер болон виртуал бодит байдалд хамаатай.

харилцаанд байгаа ирээдүйн таамаглалын компьютерууджишээнд Тель-Авив дахь Израилийн TAU их сургуулийн мэргэжилтнүүдийн хийсэн судалгаа орно. Тэд оптик компьютер бүтээхэд хэрэглэгдэх олон давхаргат наноматериалуудыг зохион бүтээж байна. Хариуд нь Швейцарийн Пол Шеррерийн хүрээлэнгийн судлаачид тэрбум бяцхан соронзноос гурван фазын бодис бүтээжээ. гурван нэгтгэсэн төлөвийг дуурайх, устай адилтгах замаар.

Үүнийг юунд ашиглаж болох вэ? Израильчууд барихыг хүсч байна. Швейцарьчууд өгөгдөл дамжуулах, бүртгэх, мөн ерөнхийдөө спинтроникийн талаар ярьдаг.

Усны гурван төлөвийг дуурайдаг мини соронзоноор хийсэн гурван фазын метаматериал.

Хүсэлтийн дагуу фотонууд

Эрчим хүчний яамны Лоуренс Берклигийн үндэсний лабораторийн эрдэмтдийн хийсэн судалгаа нь метаматериал дээр суурилсан оптик компьютер бүтээхэд хүргэж болзошгүй юм. Тэд тодорхой газар атомын тодорхой багцуудыг барьж, нарийн зохион байгуулалттай, хяналттай лазерын хүрээг бий болгохыг санал болгож байна. гэрэлд суурилсан бүтэц. Энэ нь байгалийн талстуудтай төстэй юм. Нэг ялгаа нь - энэ нь бараг төгс, байгалийн материалд ямар ч согог ажиглагддаггүй.

Эрдэмтэд тэд өөрсдийн "хөнгөн талст" дахь атомын бүлгүүдийн байрлалыг хатуу хянахаас гадна өөр лазер (хэт улаан туяаны хүрээний ойролцоо) ашиглан бие даасан атомуудын зан төлөвт идэвхтэй нөлөөлж чадна гэж эрдэмтэд үзэж байна. Тэд жишээлбэл, эрэлт хэрэгцээний дагуу тодорхой энерги ялгаруулдаг - тэр ч байтугай нэг фотон ч гэсэн болорын нэг газраас салгахад нөгөөд баригдсан атом дээр үйлчилж чаддаг. Энэ нь нэг төрлийн энгийн мэдээлэл солилцох болно.

Фотоныг хяналттай хурдан гаргаж, нэг атомаас нөгөө атом руу бага алдагдалтайгаар шилжүүлэх чадвар нь квант тооцоололд мэдээлэл боловсруулах чухал алхам юм. Орчин үеийн компьютер ашиглахаас хамаагүй хурдан бөгөөд маш нарийн төвөгтэй тооцоолол хийхэд хяналттай фотонуудын бүхэл бүтэн массивыг ашиглана гэж төсөөлж болно. Хиймэл талст дотор агуулагдсан атомууд ч нэг газраас нөгөө рүү үсрэх боломжтой. Энэ тохиолдолд тэд өөрсдөө квант компьютерт мэдээлэл зөөгч болох юм уу квант мэдрэгч үүсгэх боломжтой.

Эрдэмтэд рубиди атомууд нь тэдний зорилгод хамгийн тохиромжтой болохыг олж мэдсэн. Гэсэн хэдий ч бари, кальци эсвэл цезийн атомууд ижил төстэй энергийн түвшинтэй тул хиймэл лазер болороор барьж болно. Санал болгож буй метаматериалыг бодит туршилтанд оруулахын тулд судалгааны баг хиймэл болор торонд хэдэн атомыг барьж, өндөр энергийн төлөвт догдолж байсан ч тэнд байлгах ёстой.

Оптик согоггүй виртуал бодит байдал

Метаматериалууд нь технологийн хөгжиж буй өөр салбарт хэрэгтэй хэрэглээг олж чадна. Виртуал бодит байдал нь олон янзын хязгаарлалттай байдаг. Бидний мэддэг оптикийн төгс бус байдал нь чухал үүрэг гүйцэтгэдэг. Төгс оптик системийг бий болгох нь бараг боломжгүй юм, учир нь үргэлж гажуудал гэж нэрлэгддэг, өөрөөр хэлбэл. янз бүрийн хүчин зүйлээс үүдэлтэй долгионы гажуудал. Бид бөмбөрцөг ба өнгөт гажуудал, астигматизм, кома болон бусад олон төрлийн оптикийн сөрөг нөлөөг мэддэг. Виртуал бодит байдлын багцыг ашигласан хэн бүхэн эдгээр үзэгдлүүдийг даван туулсан байх ёстой. Хөнгөн жинтэй, өндөр чанартай зураг гаргадаг, харагдахуйц солонгогүй (хроматик аберраци), өргөн цар хүрээтэй, хямд үнэтэй VR оптикийг зохион бүтээх боломжгүй юм. Энэ бол зүгээр л бодит бус зүйл.

Тийм ч учраас VR төхөөрөмж үйлдвэрлэгч Oculus болон HTC нар Fresnel линз гэж нэрлэгддэг линзийг ашигладаг. Энэ нь жингээ мэдэгдэхүйц бууруулж, өнгөний гажигийг арилгах, харьцангуй хямд үнээр авах боломжийг олгодог (ийм линз үйлдвэрлэх материал хямд байдаг). Харамсалтай нь хугарлын цагиргууд нь w үүсгэдэг Fresnel линз тодосгогч чанар мэдэгдэхүйц буурч, төвөөс зугтах туяа үүсэх нь ялангуяа үзэгдэл өндөр тодосгогч (хар дэвсгэр) байгаа тохиолдолд мэдэгдэхүйц юм.

Гэсэн хэдий ч саяхан Харвардын их сургуулийн Федерико Капассо тэргүүтэй эрдэмтэд хөгжиж чадсан метаматериал ашиглан нимгэн ба хавтгай линз. Шилэн дээрх нано бүтцийн давхарга нь хүний ​​үснээс (0,002 мм) нимгэн байдаг. Энэ нь ердийн сул талгүй төдийгүй өндөр үнэтэй оптик системээс хамаагүй илүү зургийн чанарыг өгдөг.

Капассо линз нь гэрлийг нугалж, сарниулдаг ердийн гүдгэр линзээс ялгаатай нь кварцын шилэн дээр тогтсон гадаргуугаас цухуйсан микроскопийн бүтцийн улмаас гэрлийн долгионы шинж чанарыг өөрчилдөг. Ийм ирмэг бүр гэрлийг өөр өөрөөр хугалж, чиглэлээ өөрчилдөг. Иймд компьютерийн процессортой адил аргаар компьютерээр зохион бүтээж үйлдвэрлэсэн ийм нано бүтцийг (загвар) зөв хуваарилах нь чухал юм. Энэ нь мэдэгдэж буй үйлдвэрлэлийн процессыг ашиглан энэ төрлийн линзийг өмнөх үйлдвэрүүдэд үйлдвэрлэж болно гэсэн үг юм. Титаны давхар ислийг шүршихэд ашигладаг.

"Мета-оптик" -ын өөр нэг шинэлэг шийдлийг дурдах нь зүйтэй. метаматериал гиперлинзүүдБуффало дахь Америкийн их сургуульд авсан. Гиперлинзүүдийн анхны хувилбарууд нь мөнгө, диэлектрик материалаар хийгдсэн боловч тэдгээр нь зөвхөн маш нарийн долгионы урттай ажилладаг байв. Одос үхрийн эрдэмтэд термопластик хайрцагт алтан бариулын төвлөрсөн зохион байгуулалтыг ашигласан. Энэ нь харагдах гэрлийн долгионы мужид ажилладаг. Судлаачид эмнэлгийн дурангаар жишээ болгон шинэ шийдлийн үр дүнд үүссэн нарийвчлалын өсөлтийг харуулж байна. Энэ нь ихэвчлэн 10 нанометр хүртэлх объектыг таньдаг бөгөөд гиперлинзийг суулгасны дараа 250 нанометр хүртэл "унадаг". Дизайн нь дифракцийн асуудлыг даван туулж, оптик системийн нарийвчлалыг эрс бууруулдаг үзэгдэл - долгионы гажуудлын оронд тэдгээрийг дараагийн оптик төхөөрөмжид бүртгэж болох долгион болгон хувиргадаг.

Nature Communications сэтгүүлд гарсан нийтлэлд дурдсанаар, энэ аргыг анагаах ухаанаас эхлээд нэг молекулын ажиглалт хүртэл олон салбарт ашиглаж болно. Метаматериал дээр суурилсан бетоны төхөөрөмжийг хүлээх нь зүйтэй. Магадгүй тэд виртуал бодит байдлыг эцэст нь жинхэнэ амжилтанд хүрэх боломжийг олгоно. "Оптик компьютер" -ийн хувьд эдгээр нь нэлээд хол, бүрхэг хэтийн төлөв хэвээр байна. Гэсэн хэдий ч юуг ч үгүйсгэх аргагүй...