Metamaterjali ġodda: dawl taħt kontroll
Ħafna rapporti dwar "metamaterjali" (bil-virgoletti, għax id-definizzjoni qed tibda tiċċajpar) iġagħluna naħsbu minnhom bħala kważi rimedju għall-problemi, l-uġigħ u l-limitazzjonijiet kollha li tiffaċċja d-dinja moderna tat-teknoloġija. L-aktar kunċetti interessanti dan l-aħħar jikkonċernaw il-kompjuters ottiċi u r-realtà virtwali.
f'relazzjoni kompjuters ipotetiċi tal-futurbħala eżempju, wieħed jista 'jiċċita r-riċerka ta' speċjalisti mill-Università TAU Iżraeljana f'Tel Aviv. Qed jiddisinjaw nanomaterjali b'ħafna saffi li għandhom jintużaw biex jinħolqu kompjuters ottiċi. Min-naħa tagħhom, riċerkaturi mill-Istitut Żvizzeru Paul Scherrer bnew sustanza bi tliet fażijiet minn biljun kalamita minjatura li kapaċi jissimulaw tliet stati aggregati, b'analoġija mal-ilma.
Għal xiex jista' jintuża? L-Iżraeljani jridu jibnu. L-Isvizzeri jitkellmu dwar it-trażmissjoni u r-reġistrazzjoni tad-dejta, kif ukoll l-ispintronika b'mod ġenerali.
Metamaterjal bi tliet fażijiet magħmul minn minimagnets li jimita t-tliet stati tal-ilma.
Fotoni fuq talba
Ir-riċerka minn xjenzati fil-Laboratorju Nazzjonali Lawrence Berkeley fid-Dipartiment tal-Enerġija tista 'twassal għall-iżvilupp ta' kompjuters ottiċi bbażati fuq metamaterjali. Huma jipproponu li jinħoloq tip ta 'qafas tal-lejżer li jista' jaqbad ċerti pakketti ta 'atomi f'ċertu post, u joħloq qafas iddisinjat u kkontrollat b'mod strett. struttura bbażata fuq id-dawl. Tixbah il-kristalli naturali. B'differenza waħda - huwa kważi perfett, l-ebda difett ma huwa osservat f'materjali naturali.
Ix-xjentisti jemmnu li mhux biss se jkunu jistgħu jikkontrollaw sewwa l-pożizzjoni ta 'gruppi ta' atomi fil-"kristall ħafif" tagħhom, iżda wkoll jinfluwenzaw b'mod attiv l-imġieba ta 'atomi individwali bl-użu ta' laser ieħor (medda infrared qrib). Se jagħmluhom, pereżempju, fuq talba jarmu ċerta enerġija - anke foton wieħed, li, meta jitneħħa minn post wieħed fil-kristall, jista 'jaġixxi fuq atomu maqbud f'ieħor. Se jkun tip ta’ skambju sempliċi ta’ informazzjoni.
Il-ħila li jirrilaxxa malajr foton b'mod ikkontrollat u jittrasferih bi ftit telf minn atomu għal ieħor huwa pass importanti ta 'proċessar ta' informazzjoni għall-komputazzjoni kwantistika. Wieħed jista 'jimmaġina li juża arrays sħaħ ta' fotoni kkontrollati biex iwettaq kalkoli kumplessi ħafna - ħafna aktar malajr milli juża kompjuters moderni. Atomi inkorporati fi kristall artifiċjali jistgħu wkoll jaqbżu minn post għall-ieħor. F'dan il-każ, huma stess isiru trasportaturi ta 'informazzjoni f'kompjuter quantum jew jistgħu joħolqu sensur quantum.
Ix-xjentisti sabu li l-atomi tar-rubidju huma ideali għall-iskopijiet tagħhom. Madankollu, l-atomi tal-barju, tal-kalċju jew taċ-ċesju jistgħu jinqabdu wkoll minn kristall tal-laser artifiċjali peress li għandhom livelli ta 'enerġija simili. Biex jagħmel il-metamaterjal propost f'esperiment reali, it-tim ta 'riċerka jkollu jaqbad ftit atomi f'kannizzata tal-kristall artifiċjali u jżommhom hemm anke meta jkun eċċitati għal stati ta' enerġija ogħla.
Realtà virtwali mingħajr difetti ottiċi
Metamaterjali jistgħu jsibu applikazzjonijiet utli f'qasam ieħor li qed jiżviluppa tat-teknoloġija -. Ir-realtà virtwali għandha ħafna limitazzjonijiet differenti. L-imperfezzjonijiet tal-ottika magħrufa lilna għandhom rwol sinifikanti. Huwa prattikament impossibbli li tinbena sistema ottika perfetta, għax dejjem hemm l-hekk imsejħa aberrazzjonijiet, i.e. distorsjoni tal-mewġ ikkawżata minn diversi fatturi. Aħna konxji ta 'aberrazzjonijiet sferiċi u kromatiċi, astigmatiżmu, koma u ħafna, ħafna effetti avversi oħra tal-ottika. Kull min uża settijiet tar-realtà virtwali għandu jkun ittratta dawn il-fenomeni. Huwa impossibbli li tiddisinja ottiċi VR li huma ħfief, jipproduċu stampi ta 'kwalità għolja, m'għandhomx qawsalla viżibbli (aberrazzjonijiet kromatiċi), jagħtu kamp ta' vista kbir, u jkunu rħas. Dan huwa biss irreali.
Huwa għalhekk li l-manifatturi tat-tagħmir VR Oculus u HTC jużaw dawk li jissejħu lentijiet Fresnel. Dan jippermettilek li tikseb ħafna inqas piż, telimina l-aberrazzjonijiet kromatiċi u tikseb prezz relattivament baxx (il-materjal għall-produzzjoni ta 'lentijiet bħal dawn huwa rħis). Sfortunatament, ċrieki refrattivi jikkawżaw w Lentijiet Fresnel tnaqqis sinifikanti fil-kuntrast u l-ħolqien ta 'tiddix ċentrifugali, li hija speċjalment notevoli fejn ix-xena għandha kuntrast għoli (isfond iswed).
Madankollu, reċentement xjenzati mill-Università ta 'Harvard, immexxija minn Federico Capasso, irnexxielhom jiżviluppaw lenti rqiqa u ċatta bl-użu ta 'metamaterjali. Is-saff tan-nanostruttura fuq il-ħġieġ huwa irqaq minn xagħar uman (0,002 mm). Mhux biss m'għandux l-iżvantaġġi tipiċi, iżda jipprovdi wkoll kwalità ta 'immaġni ferm aħjar minn sistemi ottiċi għaljin.
Il-lenti Capasso, b'differenza minn lentijiet konvessi tipiċi li jgħawġu u jxerrdu d-dawl, tbiddel il-proprjetajiet tal-mewġ tad-dawl minħabba strutturi mikroskopiċi li joħorġu mill-wiċċ, depożitati fuq ħġieġ tal-kwarz. Kull erf bħal dan jirrefratta d-dawl b'mod differenti, u jibdel id-direzzjoni tiegħu. Għalhekk, huwa importanti li titqassam b'mod korrett tali nanostruttura (mudell) li hija ddisinjata bil-kompjuter u prodotta bl-użu ta 'metodi simili għal proċessuri tal-kompjuter. Dan ifisser li din it-tip ta 'lenti tista' tiġi prodotta fl-istess fabbriki bħal qabel, bl-użu ta 'proċessi ta' manifattura magħrufa. Id-dijossidu tat-titanju jintuża għall-sputtering.
Ta’ min isemmi soluzzjoni innovattiva oħra ta’ “meta-ottika”. hyperlenses metamaterjalimeħuda fl-Università Amerikana f'Buffalo. L-ewwel verżjonijiet ta 'hyperlenses kienu magħmula minn fidda u materjal dielettriku, iżda ħadmu biss f'firxa dejqa ħafna ta' wavelengths. Ix-xjentisti Buffalo użaw arranġament konċentriku ta 'vireg tad-deheb f'każ termoplastiku. Jaħdem fil-medda tal-wavelength tad-dawl viżibbli. Ir-riċerkaturi juru ż-żieda fir-riżoluzzjoni li tirriżulta mis-soluzzjoni l-ġdida bl-użu ta 'endoskopju mediku bħala eżempju. Normalment tirrikonoxxi oġġetti sa nanometri 10, u wara li tinstalla l-iperlenti, "tinżel" sa 250 nanometri. Id-disinn jegħleb il-problema tad-diffrazzjoni, fenomenu li jnaqqas b'mod sinifikanti r-riżoluzzjoni tas-sistemi ottiċi - minflok id-distorsjoni tal-mewġ, huma kkonvertiti f'mewġ li jistgħu jiġu rreġistrati f'apparat ottiku sussegwenti.
Skont pubblikazzjoni f'Nature Communications, dan il-metodu jista 'jintuża f'ħafna oqsma, mill-mediċina għal osservazzjonijiet ta' molekula waħda. Huwa xieraq li wieħed jistenna apparati konkreti bbażati fuq metamaterjali. Forsi se jippermettu li r-realtà virtwali fl-aħħar tikseb suċċess reali. Fir-rigward tal-"kompjuters ottiċi", dawn għadhom prospetti pjuttost imbiegħda u vagi. Madankollu, xejn ma jista' jiġi eskluż...
