Új metaanyagok: a fény ellenőrzés alatt
A "metaanyagokról" szóló sok jelentés (idézőjelben, mert a meghatározás kezd összemosódni) arra késztet bennünket, hogy szinte csodaszerként kezeljék azokat a problémákat, fájdalmakat és korlátokat, amelyekkel a modern technológiai világ szembesül. Az utóbbi időben a legérdekesebb fogalmak az optikai számítógépekre és a virtuális valóságra vonatkoznak.
kapcsolatban a jövő hipotetikus számítógépeiPéldaként említhetjük a tel-avivi izraeli TAU Egyetem szakembereinek kutatását. Többrétegű nanoanyagokat terveznek, amelyeket optikai számítógépek létrehozásához kellene használni. A svájci Paul Scherrer Intézet kutatói pedig egymilliárd miniatűr mágnesből építettek háromfázisú anyagot, amely képes szimuláljon három aggregált állapotot, a vízzel analógia szerint.
Mire használható? Az izraeliek építeni akarnak. A svájciak az adatátvitelről és -rögzítésről, valamint általában a spintronikáról beszélnek.
Háromfázisú, minimágnesekből készült metaanyag, amely a víz három állapotát utánozza.
Fotonok igény szerint
Az Energiaügyi Minisztérium Lawrence Berkeley Nemzeti Laboratóriumának tudósai által végzett kutatások metaanyagokon alapuló optikai számítógépek kifejlesztéséhez vezethetnek. Azt javasolják, hogy hozzanak létre egyfajta lézeres keretrendszert, amely bizonyos atomcsomagokat képes rögzíteni egy adott helyen, szigorúan megtervezett, ellenőrzött könnyű alapú szerkezet. Természetes kristályokhoz hasonlít. Egy különbséggel - szinte tökéletes, a természetes anyagokban nem észlelhetők hibák.
A tudósok úgy vélik, hogy nemcsak szorosan szabályozhatják az atomcsoportok helyzetét „fénykristályukban”, hanem aktívan befolyásolhatják az egyes atomok viselkedését egy másik lézer segítségével (infravörös közeli tartományban). Igény szerint például bizonyos energiát bocsátanak ki velük – akár egyetlen fotont is, amely a kristály egyik helyéről eltávolítva egy másikban csapdába esett atomra hathat. Ez egyfajta egyszerű információcsere lesz.
A kvantumszámítás fontos információfeldolgozási lépése az a képesség, hogy gyorsan és ellenőrzött módon szabaduljon fel egy foton, és kis veszteséggel vihető át egyik atomról a másikra. Elképzelhető a szabályozott fotonok teljes tömbjei használata nagyon összetett számítások elvégzésére – sokkal gyorsabban, mint a modern számítógépek használata. A mesterséges kristályba ágyazott atomok is átugorhattak egyik helyről a másikra. Ebben az esetben maguk is információhordozókká válnának egy kvantumszámítógépben, vagy létrehozhatnának egy kvantumérzékelőt.
A tudósok azt találták, hogy a rubídium atomok ideálisak céljaikra. A bárium-, kalcium- vagy céziumatomok azonban mesterséges lézerkristállyal is befoghatók, mert hasonló energiaszinttel rendelkeznek. Ahhoz, hogy a javasolt metaanyagot valódi kísérletben készítsék el, a kutatócsoportnak be kellene fognia néhány atomot egy mesterséges kristályrácsba, és ott kell tartania azokat akkor is, amikor magasabb energiájú állapotokba gerjesztik.
Virtuális valóság optikai hibák nélkül
A metaanyagok hasznos alkalmazásra találhatnak a technológia egy másik fejlődő területén -. A virtuális valóságnak számos korlátja van. Az optika általunk ismert tökéletlenségei jelentős szerepet játszanak. Tökéletes optikai rendszert gyakorlatilag lehetetlen felépíteni, mert mindig vannak úgynevezett aberrációk, pl. különböző tényezők okozta hullámtorzulás. Tisztában vagyunk a szférikus és kromatikus aberrációkkal, az asztigmatizmussal, a kómával és az optika sok-sok egyéb káros hatásával. Bárki, aki használt virtuális valóság készleteket, biztosan megküzdött ezekkel a jelenségekkel. Lehetetlen olyan VR optikát tervezni, amely könnyű, jó minőségű képet produkál, nincs látható szivárvány (kromatikus aberráció), nagy látómezőt biztosít és olcsó. Ez egyszerűen irreális.
Ezért a VR-berendezéseket gyártó Oculus és a HTC úgynevezett Fresnel objektíveket használ. Ez lehetővé teszi, hogy jelentősen kisebb súlyt érjen el, kiküszöbölje a kromatikus aberrációkat és viszonylag alacsony árat kapjon (az ilyen lencsék előállításához használt anyag olcsó). Sajnos a fénytörő gyűrűk w Fresnel lencsék a kontraszt jelentős csökkenése és a centrifugális izzás létrejötte, ami különösen jól észrevehető ott, ahol a jelenet nagy kontrasztú (fekete háttér).
A közelmúltban azonban a Harvard Egyetem tudósainak Federico Capasso vezetésével sikerült kifejleszteni vékony és lapos lencsék metaanyagok felhasználásával. Az üvegen lévő nanoszerkezetű réteg vékonyabb, mint egy emberi hajszál (0,002 mm). Nem csak, hogy nincsenek a tipikus hátrányai, de sokkal jobb képminőséget is biztosít, mint a drága optikai rendszerek.
A Capasso lencse a tipikus konvex lencsékkel ellentétben, amelyek hajlítják és szórják a fényt, a felületből kiálló, kvarcüvegre rakódó mikroszkopikus struktúrák miatt megváltoztatják a fényhullám tulajdonságait. Mindegyik ilyen párkány másképp töri meg a fényt, megváltoztatva az irányát. Ezért fontos az ilyen, számítógéppel megtervezett és a számítógépes processzorokhoz hasonló eljárásokkal előállított nanoszerkezet (minta) megfelelő elosztása. Ez azt jelenti, hogy az ilyen típusú lencséket ugyanazokban a gyárakban lehet előállítani, mint korábban, ismert gyártási eljárásokkal. A titán-dioxidot porlasztásra használják.
Érdemes megemlíteni a „metaoptika” egy másik innovatív megoldását. metaanyag hiperlencséka Buffalo-i Amerikai Egyetemen készült. A hiperlencsék első változatai ezüstből és dielektromos anyagból készültek, de csak nagyon szűk hullámhossz-tartományban működtek. A bivaly tudósok aranyrudak koncentrikus elrendezését használták hőre lágyuló tokban. A látható fény hullámhossz-tartományában működik. A kutatók példaként orvosi endoszkóppal illusztrálják az új megoldás eredményeként megnövekedett felbontást. Általában legfeljebb 10 250 nanométeres tárgyakat ismer fel, és a hiperlencsék felszerelése után XNUMX nanométeresre "leesik". A tervezés leküzdi a diffrakció problémáját, amely jelenség jelentősen csökkenti az optikai rendszerek felbontását - a hullámtorzítás helyett hullámokká alakulnak, amelyek rögzíthetők a későbbi optikai eszközökben.
A Nature Communications egyik publikációja szerint ez a módszer számos területen alkalmazható, az orvostudománytól az egymolekulás megfigyelésekig. Érdemes megvárni a metaanyag alapú betoneszközöket. Talán lehetővé teszik, hogy a virtuális valóság végre igazi sikert érjen el. Ami az "optikai számítógépeket" illeti, ezek még meglehetősen távoli és homályos kilátások. Azonban semmi sem zárható ki...
