Ný metaefni: ljós undir stjórn

Margar skýrslur um „metamaterials“ (innan gæsalappa, vegna þess að skilgreiningin er farin að óskýrast) fá okkur til að líta á þau sem næstum töfralausn fyrir öll vandamál, sársauka og takmarkanir sem tækniheimur nútímans stendur frammi fyrir. Áhugaverðustu hugtökin undanfarið snúa að sjóntölvum og sýndarveruleika.

í sambandi ímyndaðar tölvur framtíðarinnardæmi eru rannsóknir sérfræðinga frá ísraelska TAU háskólanum í Tel Aviv. Þeir eru að hanna marglaga nanóefni sem ætti að nota til að búa til sjóntölvur. Aftur á móti smíðuðu vísindamenn frá svissnesku Paul Scherrer stofnuninni þrífasa efni úr milljarði smá seglum sem geta líkja eftir þremur heildarástandum, á hliðstæðan hátt við vatn.

Í hvað er hægt að nota það? Ísraelar vilja byggja. Svisslendingar tala um gagnaflutning og upptöku, sem og spunatækni almennt.

Þriggja fasa smásegulmetaefni sem líkir eftir þremur ástandi vatns.

Ljósmyndir á eftirspurn

Rannsóknir vísindamanna við Lawrence Berkeley National Laboratory í orkumálaráðuneytinu geta leitt til þróunar sjóntölva sem byggjast á metaefni. Þeir leggja til að búið verði til eins konar leysiramma sem getur fanga ákveðna pakka af atómum á ákveðnum stað og búið til stranglega hannaðan, stýrðan ljós byggð uppbygging. Það líkist náttúrulegum kristöllum. Með einum mun - það er næstum fullkomið, engir gallar sjást í náttúrulegum efnum.

Vísindamenn trúa því að þeir muni ekki aðeins geta stýrt stöðu atómahópa í „ljóskristal“ þeirra þétt, heldur einnig virkan áhrif á hegðun einstakra atóma með því að nota annan leysir (nálægt innrauða svið). Þeir munu, til dæmis, láta þá gefa frá sér ákveðna orku - jafnvel ein ljóseind, sem, þegar hún er fjarlægð frá einum stað í kristalnum, getur virkað á atóm sem er föst í öðrum. Það verða eins konar einföld upplýsingaskipti.

Hæfni til að losa ljóseind ​​fljótt á stýrðan hátt og flytja hana með litlu tapi frá einu atómi til annars er mikilvægt upplýsingavinnsluskref fyrir skammtatölvuna. Maður getur ímyndað sér að nota heilar fylkingar af stýrðum ljóseindum til að framkvæma mjög flókna útreikninga - miklu hraðar en að nota nútíma tölvur. Atóm sem eru felld inn í gervi kristal gætu líka hoppað frá einum stað til annars. Í þessu tilviki yrðu þeir sjálfir upplýsingaberar í skammtatölvu eða gætu búið til skammtaskynjara.

Vísindamenn hafa komist að því að rúbídíum atóm eru tilvalin fyrir tilgang þeirra. Hins vegar er líka hægt að fanga baríum, kalsíum eða sesíum atóm með gervi leysikristal vegna þess að þau hafa svipað orkustig. Til að búa til fyrirhugaða metaefnið í alvöru tilraun, þyrfti rannsóknarteymið að fanga nokkur atóm í gervi kristalgrind og halda þeim þar jafnvel þegar þeir eru spenntir í hærri orkuástand.

Sýndarveruleiki án ljósgalla

Metamaterials gæti fundið gagnleg forrit á öðru þróunarsviði tækni -. Sýndarveruleiki hefur margar mismunandi takmarkanir. Ófullkomleikar ljósfræðinnar sem við þekkjum gegna mikilvægu hlutverki. Það er nánast ómögulegt að byggja upp fullkomið ljóskerfi, því það eru alltaf svokallaðar frávik, þ.e. bylgjuröskun af völdum ýmissa þátta. Við erum meðvituð um kúlulaga og litaskekkjur, astigmatism, dá og mörg, mörg önnur skaðleg áhrif ljósfræði. Allir sem hafa notað sýndarveruleikasett verða að hafa tekist á við þessi fyrirbæri. Það er ómögulegt að hanna VR ljósfræði sem er létt, framleiðir hágæða myndir, hefur engan sýnilegan regnboga (litfrávik), gefur mikið sjónsvið og er ódýrt. Þetta er bara óraunverulegt.

Þess vegna nota VR búnaðarframleiðendur Oculus og HTC það sem kallast Fresnel linsur. Þetta gerir þér kleift að fá verulega minni þyngd, útrýma litafrávikum og fá tiltölulega lágt verð (efnið til framleiðslu á slíkum linsum er ódýrt). Því miður valda ljósbrotshringir w Fresnel linsur veruleg lækkun á birtuskilum og myndun miðflóttaljóma, sem er sérstaklega áberandi þar sem atriðið hefur mikla birtuskil (svartur bakgrunnur).

Hins vegar tókst nýlega vísindamönnum frá Harvard háskóla, undir forystu Federico Capasso, að þróast þunn og flöt linsa sem notar metaefni. Nanóbyggingarlagið á gleri er þynnra en mannshár (0,002 mm). Það hefur ekki aðeins dæmigerða galla, heldur veitir það einnig miklu betri myndgæði en dýr sjónkerfi.

Capasso linsan, ólíkt dæmigerðum kúptum linsum sem beygja og dreifa ljósinu, breytir eiginleikum ljósbylgjunnar vegna smásjárbygginga sem standa út úr yfirborðinu, sett á kvarsgler. Hver slíkur stallur brýtur ljós á annan hátt og breytir stefnu þess. Því er mikilvægt að dreifa slíkri nanóbyggingu (mynstri) rétt sem er tölvuhönnuð og framleidd með aðferðum svipaðar tölvuörgjörvum. Þetta þýðir að hægt er að framleiða þessa tegund af linsum í sömu verksmiðjum og áður með þekktum framleiðsluferlum. Títantvíoxíð er notað til að sputtera.

Það er þess virði að minnast á aðra nýstárlega lausn "meta-optics". metamaterial hyperlinsestekin við American University í Buffalo. Fyrstu útgáfurnar af hálinsum voru gerðar úr silfri og rafrænu efni, en þær virkuðu aðeins á mjög þröngum bylgjulengdum. Vísindamennirnir í Buffalo notuðu sammiðja fyrirkomulag á gullstöngum í hitaplasthylki. Það virkar á bylgjulengdarsviði sýnilegs ljóss. Rannsakendur sýna aukningu á upplausn sem stafar af nýju lausninni með því að nota læknisfræðilega endoscope sem dæmi. Það þekkir venjulega hluti allt að 10 nanómetra, og eftir að hafa sett upp hálinsur, "lækkar" það niður í 250 nanómetra. Hönnunin sigrar vandamálið við diffraction, fyrirbæri sem dregur verulega úr upplausn ljóskerfa - í stað bylgjubjögunar er þeim breytt í bylgjur sem hægt er að taka upp í síðari ljóstækjum.

Samkvæmt riti í Nature Communications er hægt að nota þessa aðferð á mörgum sviðum, allt frá læknisfræði til athugunar á einni sameind. Rétt er að bíða eftir steypubúnaði sem byggir á metaefnum. Kannski munu þeir leyfa sýndarveruleika að ná raunverulegum árangri loksins. Hvað "sjóntölvur" varðar, þá eru þetta samt frekar fjarlægar og óljósar horfur. Hins vegar er ekkert hægt að útiloka...