Yeni meta malzemeler: ışık kontrol altında
"Metamateryaller" hakkındaki raporların çokluğu (tanım bulanıklaşmaya başladığı için tırnak içinde), bunların modern teknoloji dünyasının karşı karşıya olduğu tüm sorunlar, acılar ve sınırlamalar için neredeyse her derde deva olduğunu düşünmemize neden oluyor. Son zamanların en ilginç konseptleri arasında optik bilgi işlem ve sanal gerçeklik yer alıyor.
ilgili olarak geleceğin varsayımsal bilgisayarlarıÖrnekler arasında Tel Aviv'deki İsrail TAU Üniversitesi'nden uzmanların çalışmaları yer alıyor. Optik bilgisayarların oluşturulmasını sağlayacak çok katmanlı nanomalzemeler tasarlıyorlar. Buna karşılık, İsviçre Paul Scherrer Enstitüsü'nden araştırmacılar, bir milyar minyatür mıknatıstan üç fazlı bir madde ürettiler. üç toplama durumunu simüle edin, suya benzeterek.
Bu ne için kullanılabilir? İsrailliler inşa etmek istiyor. İsviçreliler veri aktarımı ve kaydından ve genel olarak spintronikten bahsediyor.
Suyun üç durumunu simüle eden, mini mıknatıslardan yapılmış üç fazlı meta malzeme.
Talep üzerine fotonlar
Enerji Bakanlığı'nın Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndaki bilim adamlarının yaptığı araştırmalar, meta materyallere dayalı optik bilgisayarların geliştirilmesine yol açabilir. Belirli atom paketlerini belirli bir konumda hapsedebilen, sıkı bir şekilde tasarlanmış, kontrollü bir yapı oluşturan bir tür lazer çerçevesi oluşturmayı öneriyorlar. ışık bazlı yapı. Doğal kristallere benzer. Tek farkla neredeyse kusursuzdur, doğal malzemelerde hiçbir kusur gözlenmez.
Bilim adamları, yalnızca "ışık kristallerindeki" atom gruplarının konumunu sıkı bir şekilde kontrol etmekle kalmayıp, aynı zamanda başka bir lazer (yakın kızılötesi) kullanarak tek tek atomların davranışlarını da aktif olarak etkileyebileceklerine inanıyorlar. Örneğin, onları talep üzerine belirli bir enerji yaymaya zorlayacaklar; hatta kristalin bir yerinden çıkan tek bir foton bile başka bir yerde hapsolmuş bir atomu etkileyebilir. Bir tür basit bilgi alışverişi olacak.
Bir fotonun kontrollü bir şekilde hızlı bir şekilde salınması ve bir atomdan diğerine düşük kayıpla aktarılabilmesi, kuantum hesaplama için önemli bir bilgi işleme adımıdır. Çok karmaşık hesaplamaları modern bilgisayarları kullanmaktan çok daha hızlı gerçekleştirmek için kontrollü foton dizilerinin tamamının kullanıldığı hayal edilebilir. Yapay bir kristalin içine yerleştirilmiş atomlar da bir yerden başka bir yere sıçrayabilir. Bu durumda kendileri bir kuantum bilgisayarında bilgi taşıyıcıları haline gelebilir veya bir kuantum sensörü yaratabilirler.
Bilim adamları rubidyum atomlarının amaçları için ideal olduğunu bulmuşlardır. Ancak baryum, kalsiyum veya sezyum atomları da benzer enerji seviyelerine sahip oldukları için yapay bir lazer kristali tarafından yakalanabilir. Önerilen metamateryali gerçek bir deneyde yapmak için, araştırma ekibinin birkaç atomu yapay bir kristal kafeste hapsetmesi ve daha yüksek enerji durumlarına heyecanlansa bile onları orada tutması gerekecek.
Optik kusurları olmayan sanal gerçeklik
Metamalzemeler ayrıca teknolojinin gelişen başka bir alanında da yararlı uygulamalar bulabilir. Sanal gerçekliğin birçok farklı sınırlaması vardır. Bildiğimiz optik kusurları önemli bir rol oynamaktadır. Kusursuz bir optik sistem oluşturmak neredeyse imkansızdır çünkü her zaman sözde sapmalar vardır; çeşitli faktörlerin neden olduğu dalga bozulmaları. Optiklerin küresel ve renk sapmaları, astigmatizma, koma ve daha birçok olumsuz etkisinin farkındayız. Sanal gerçeklik setlerini kullanan herkes muhtemelen bu fenomenle ilgilenmiştir. Hafif, yüksek kaliteli görüntüler üreten, görünür gökkuşağı (kromatik sapmalar) olmayan, geniş görüş alanına sahip ve ucuz VR optikleri tasarlamak imkansızdır. Bu gerçek dışı.
Bu nedenle VR ekipmanı üreticileri Oculus ve HTC, Fresnel Lensleri kullanıyor. Bu, önemli ölçüde daha az ağırlık elde etmenize, renk sapmalarını ortadan kaldırmanıza ve nispeten düşük bir fiyat elde etmenize olanak tanır (bu tür lenslerin üretimi için malzeme ucuzdur). Ne yazık ki, hafif kırılma halkaları w'ye neden olur Fresnel lensler kontrastta önemli bir düşüş ve sahnenin yüksek kontrasta (siyah arka plan) sahip olduğu durumlarda özellikle fark edilen merkezkaç bir parıltının yaratılması.
Ancak son zamanlarda Federico Capasso liderliğindeki Harvard Üniversitesi'nden bilim adamları, metamalzemeler kullanan ince ve düz lens. Cam üzerindeki nanoyapı tabakası insan saçından (0,002 mm) daha incedir. Tipik dezavantajlara sahip olmamasının yanı sıra pahalı optik sistemlere göre çok daha iyi görüntü kalitesi sağlar.
Capasso merceği, ışığı büken ve dağıtan tipik dışbükey merceklerden farklı olarak, kuvars cam üzerinde biriken yüzeyden çıkıntı yapan mikroskobik yapılar nedeniyle ışık dalgasının özelliklerini değiştirir. Bu tür çıkıntıların her biri ışığı farklı şekilde kırarak yönünü değiştirir. Dolayısıyla bilgisayarda tasarlanan ve bilgisayar işlemcilerine benzer yöntemler kullanılarak üretilen böyle bir nanoyapının (desenin) doğru şekilde dağıtılması önemlidir. Bu, bu tür merceklerin daha önce olduğu gibi aynı fabrikalarda bilinen işlemler kullanılarak üretilebileceği anlamına gelir. Püskürtme için titanyum dioksit kullanılır.
Başka bir yenilikçi "meta-optik" çözümünden bahsetmeye değer. metamateryal hiperlenslerBuffalo'daki Amerikan Üniversitesi'nde yapıldı. Hiperlenslerin ilk versiyonları gümüşten ve dielektrik malzemeden yapılmıştı ancak yalnızca çok dar bir dalga boyu aralığında çalışıyorlardı. Buffalo bilim adamları termoplastik bir mahfaza içinde altın çubukların eşmerkezli bir düzenlemesini kullandılar. Görünür ışık dalga boyu aralığında çalışır. Araştırmacılar, yeni çözümden kaynaklanan çözünürlük artışını tıbbi bir endoskopu örnek olarak kullanarak gösteriyorlar. Genellikle 10 nanometreye kadar olan nesneleri tanır ve hiperlensler kurulduktan sonra 250 nanometreye "iner". Tasarım, optik sistemlerin çözünürlüğünü önemli ölçüde azaltan bir olay olan kırınım probleminin üstesinden gelir; dalga distorsiyonları yerine, sonraki optik cihazlarda kaydedilebilecek dalgalara dönüştürülürler.
Nature Communications'da yayınlanan bir yayına göre bu yöntem, tıptan bireysel moleküllerin gözlemlenmesine kadar pek çok alanda kullanılabilir. Metamalzemelere dayalı olarak belirli cihazların beklenmesi uygundur. Belki de sanal gerçekliğin nihayet gerçek bir başarıya dönüşmesine izin verecekler. “Optik bilgisayarlara” gelince, bunlar hala oldukça uzak ve belirsiz beklentiler. Ancak hiçbir şey göz ardı edilemez...
