Deunyddiau meta newydd: golau dan reolaeth

Mae llawer o adroddiadau am "metamaterials" (mewn dyfynodau, oherwydd bod y diffiniad yn dechrau pylu) yn gwneud i ni feddwl amdanynt fel ateb i bob problem bron ar gyfer yr holl broblemau, poenau a chyfyngiadau y mae byd modern technoleg yn eu hwynebu. Mae'r cysyniadau mwyaf diddorol yn ddiweddar yn ymwneud â chyfrifiaduron optegol a rhith-realiti.

mewn perthynas cyfrifiaduron damcaniaethol y dyfodoler enghraifft, gellir dyfynnu ymchwil arbenigwyr o Brifysgol TAU Israel yn Tel Aviv. Maen nhw'n dylunio nano-ddeunyddiau amlhaenog y dylid eu defnyddio i greu cyfrifiaduron optegol. Yn eu tro, adeiladodd ymchwilwyr o Sefydliad Paul Scherrer y Swistir sylwedd tri cham o biliwn o fagnetau bach sy'n gallu efelychu tri chyflwr cyfanredol, trwy gyfatebiaeth â dwfr.

Ar gyfer beth y gellir ei ddefnyddio? Mae'r Israeliaid eisiau adeiladu. Mae'r Swistir yn siarad am drosglwyddo a chofnodi data, yn ogystal â spintronics yn gyffredinol.

Metadeunydd tri cham wedi'i wneud o fagnetau mini sy'n dynwared tri chyflwr dŵr.

Ffotonau ar alw

Gall ymchwil gan wyddonwyr yn Labordy Cenedlaethol Lawrence Berkeley yn yr Adran Ynni arwain at ddatblygu cyfrifiaduron optegol yn seiliedig ar fetaddeunyddiau. Maent yn bwriadu creu math o fframwaith laser a all ddal pecynnau penodol o atomau mewn man penodol, gan greu cynllun wedi'i reoli'n llym. strwythur seiliedig ar olau. Mae'n debyg i grisialau naturiol. Gydag un gwahaniaeth - mae bron yn berffaith, ni welir unrhyw ddiffygion mewn deunyddiau naturiol.

Mae gwyddonwyr yn credu y byddant nid yn unig yn gallu rheoli'n dynn sefyllfa grwpiau o atomau yn eu "grisial ysgafn", ond hefyd yn dylanwadu'n weithredol ar ymddygiad atomau unigol gan ddefnyddio laser arall (amrediad isgoch gerllaw). Byddant yn gwneud iddynt, er enghraifft, ar alw allyrru egni penodol - hyd yn oed un ffoton, sydd, o'i dynnu o un lle yn y grisial, yn gallu gweithredu ar atom sydd wedi'i ddal mewn un arall. Bydd yn fath o gyfnewid gwybodaeth syml.

Mae'r gallu i ryddhau ffoton yn gyflym mewn modd rheoledig a'i drosglwyddo heb fawr o golled o un atom i'r llall yn gam prosesu gwybodaeth pwysig ar gyfer cyfrifiadura cwantwm. Gellir dychmygu defnyddio araeau cyfan o ffotonau rheoledig i wneud cyfrifiadau cymhleth iawn - yn gynt o lawer na defnyddio cyfrifiaduron modern. Gallai atomau sydd wedi'u mewnosod mewn grisial artiffisial hefyd neidio o un lle i'r llall. Yn yr achos hwn, byddent hwy eu hunain yn dod yn gludwyr gwybodaeth mewn cyfrifiadur cwantwm neu gallent greu synhwyrydd cwantwm.

Mae gwyddonwyr wedi darganfod bod atomau rubidium yn ddelfrydol at eu dibenion. Fodd bynnag, gall atomau bariwm, calsiwm, neu cesiwm hefyd gael eu dal gan grisial laser artiffisial oherwydd bod ganddynt lefelau egni tebyg. Er mwyn gwneud y metadeunydd arfaethedig mewn arbrawf go iawn, byddai'n rhaid i'r tîm ymchwil ddal ychydig o atomau mewn dellt grisial artiffisial a'u cadw yno hyd yn oed pan fyddant yn gyffrous i wladwriaethau ynni uwch.

Realiti rhithwir heb ddiffygion optegol

Gallai Metamaterials ddod o hyd i gymwysiadau defnyddiol mewn maes arall o dechnoleg sy'n datblygu -. Mae gan realiti rhithwir lawer o wahanol gyfyngiadau. Mae amherffeithrwydd opteg sy'n hysbys i ni yn chwarae rhan arwyddocaol. Mae bron yn amhosibl adeiladu system optegol berffaith, oherwydd mae aberrations fel y'u gelwir bob amser, h.y. afluniad tonnau a achosir gan ffactorau amrywiol. Rydym yn ymwybodol o aberrations sfferig a chromatig, astigmatedd, coma a llawer, llawer o effeithiau andwyol eraill o opteg. Rhaid bod unrhyw un sydd wedi defnyddio setiau rhith-realiti wedi delio â'r ffenomenau hyn. Mae'n amhosibl dylunio opteg VR sy'n ysgafn, yn cynhyrchu delweddau o ansawdd uchel, heb unrhyw enfys gweladwy (aberrations cromatig), yn rhoi maes golygfa fawr, ac yn rhad. Mae hyn yn afreal yn unig.

Dyna pam mae gwneuthurwyr offer VR Oculus a HTC yn defnyddio'r hyn a elwir yn lensys Fresnel. Mae hyn yn caniatáu ichi gael llawer llai o bwysau, dileu aberrations cromatig a chael pris cymharol isel (mae'r deunydd ar gyfer cynhyrchu lensys o'r fath yn rhad). Yn anffodus, mae modrwyau plygiannol yn achosi w Lensys Fresnel gostyngiad sylweddol mewn cyferbyniad a chreu llewyrch allgyrchol, sy'n arbennig o amlwg lle mae gan yr olygfa gyferbyniad uchel (cefndir du).

Fodd bynnag, yn ddiweddar llwyddodd gwyddonwyr o Brifysgol Harvard, dan arweiniad Federico Capasso, i ddatblygu lens tenau a gwastad gan ddefnyddio metadeunyddiau. Mae'r haen nanostrwythur ar wydr yn deneuach na gwallt dynol (0,002 mm). Nid yn unig nad oes ganddo'r anfanteision nodweddiadol, ond mae hefyd yn darparu ansawdd delwedd llawer gwell na systemau optegol drud.

Mae'r lens Capasso, yn wahanol i lensys convex nodweddiadol sy'n plygu a gwasgaru golau, yn newid priodweddau'r don golau oherwydd strwythurau microsgopig yn ymwthio allan o'r wyneb, wedi'u hadneuo ar wydr cwarts. Mae pob silff o'r fath yn plygiant golau yn wahanol, gan newid ei gyfeiriad. Felly, mae'n bwysig dosbarthu nanostrwythur (patrwm) o'r fath sydd wedi'i ddylunio gan gyfrifiadur a'i gynhyrchu gan ddefnyddio dulliau tebyg i broseswyr cyfrifiadurol. Mae hyn yn golygu y gellir cynhyrchu'r math hwn o lens yn yr un ffatrïoedd ag o'r blaen, gan ddefnyddio prosesau gweithgynhyrchu hysbys. Defnyddir titaniwm deuocsid ar gyfer sputtering.

Mae'n werth sôn am ateb arloesol arall o "meta-opteg". hyperlensau metamateriala gymerwyd ym Mhrifysgol America yn Buffalo. Roedd y fersiynau cyntaf o hyperlensau wedi'u gwneud o arian a deunydd dielectrig, ond dim ond mewn ystod gyfyng iawn o donfeddi y byddent yn gweithio. Defnyddiodd y gwyddonwyr Buffalo drefniant consentrig o wiail aur mewn cas thermoplastig. Mae'n gweithio yn yr ystod tonfedd golau gweladwy. Mae'r ymchwilwyr yn dangos y cynnydd mewn cydraniad sy'n deillio o'r datrysiad newydd gan ddefnyddio endosgop meddygol fel enghraifft. Fel arfer mae'n cydnabod gwrthrychau hyd at 10 nanometr, ac ar ôl gosod hyperlensau, mae'n "gollwng" i lawr i nanometrau 250. Mae'r dyluniad yn goresgyn problem diffreithiant, ffenomen sy'n lleihau datrysiad systemau optegol yn sylweddol - yn lle ystumiad tonnau, cânt eu trosi'n donnau y gellir eu cofnodi mewn dyfeisiau optegol dilynol.

Yn ôl cyhoeddiad yn Nature Communications, gellir defnyddio'r dull hwn mewn sawl maes, o feddyginiaeth i arsylwadau moleciwl sengl. Mae'n briodol aros am ddyfeisiau concrit yn seiliedig ar fetadeunyddiau. Efallai y byddant yn caniatáu i realiti rhithwir gyflawni llwyddiant gwirioneddol o'r diwedd. O ran "cyfrifiaduron optegol", mae'r rhain yn dal i fod yn ragolygon eithaf pell ac annelwig. Fodd bynnag, ni ellir diystyru dim...