ახალი მეტამასალები: სინათლე კონტროლის ქვეშ

ბევრი მოხსენება "მეტამასალების" შესახებ (ბრჭყალებში, რადგან განმარტება იწყებს ბუნდოვანებას) გვაფიქრებინებს, რომ ისინი თითქმის პანაცეაა ყველა პრობლემის, ტკივილისა და შეზღუდვისთვის, რომელსაც თანამედროვე ტექნოლოგიების სამყარო აწყდება. ბოლო დროს ყველაზე საინტერესო ცნებები ოპტიკურ კომპიუტერებსა და ვირტუალურ რეალობას ეხება.

ურთიერთობაში მომავლის ჰიპოთეტური კომპიუტერებიმაგალითად, შეიძლება მოვიყვანოთ თელ-ავივის ისრაელის TAU უნივერსიტეტის სპეციალისტების კვლევა. ისინი ქმნიან მრავალშრიანი ნანომასალას, რომლებიც უნდა გამოიყენონ ოპტიკური კომპიუტერების შესაქმნელად. თავის მხრივ, შვეიცარიის პოლ შერერის ინსტიტუტის მკვლევარებმა ააშენეს სამფაზიანი ნივთიერება მილიარდი მინიატურული მაგნიტიდან, რომელსაც შეუძლია. სამი საერთო მდგომარეობის სიმულაცია, წყლის ანალოგიით.

რისთვის შეიძლება მისი გამოყენება? ისრაელებს უნდათ აშენება. შვეიცარიელები საუბრობენ მონაცემთა გადაცემასა და ჩაწერაზე, ასევე ზოგადად სპინტრონიკზე.

სამფაზიანი მეტამასალა, რომელიც დამზადებულია მინიმაგნიტებისაგან, რომელიც ასახავს წყლის სამ მდგომარეობას.

ფოტონები მოთხოვნით

ენერგეტიკის დეპარტამენტის ლოურენს ბერკლის ეროვნული ლაბორატორიის მეცნიერთა კვლევამ შესაძლოა გამოიწვიოს მეტამასალებზე დაფუძნებული ოპტიკური კომპიუტერების განვითარება. ისინი გვთავაზობენ ისეთი ლაზერული ჩარჩოს შექმნას, რომელსაც შეუძლია ატომების გარკვეული პაკეტების დაჭერა გარკვეულ ადგილას, შექმნას მკაცრად შემუშავებული, კონტროლირებადი. სინათლის დაფუძნებული სტრუქტურა. ბუნებრივ კრისტალებს წააგავს. ერთი განსხვავებით - თითქმის სრულყოფილია, ბუნებრივ მასალებში არანაირი დეფექტი არ შეინიშნება.

მეცნიერები თვლიან, რომ ისინი არა მხოლოდ შეძლებენ მჭიდროდ გააკონტროლონ ატომების ჯგუფების პოზიცია მათ "მსუბუქ კრისტალში", არამედ აქტიურად იმოქმედონ ცალკეული ატომების ქცევაზე სხვა ლაზერის გამოყენებით (ინფრაწითელ დიაპაზონთან ახლოს). ისინი აიძულებენ მათ, მაგალითად, მოთხოვნისამებრ გამოაქვეყნონ გარკვეული ენერგია - თუნდაც ერთი ფოტონი, რომელიც კრისტალში ერთი ადგილიდან ამოღების შემდეგ შეიძლება იმოქმედოს მეორეში ჩარჩენილ ატომზე. ეს იქნება ერთგვარი მარტივი ინფორმაციის გაცვლა.

ფოტონის კონტროლირებადი წესით სწრაფად გათავისუფლების და ერთი ატომიდან მეორეზე მცირე დანაკარგით გადაცემის უნარი ინფორმაციის დამუშავების მნიშვნელოვანი ეტაპია კვანტური გამოთვლისთვის. შეიძლება წარმოიდგინოთ კონტროლირებადი ფოტონების მთელი მასივების გამოყენება ძალიან რთული გამოთვლების შესასრულებლად - ბევრად უფრო სწრაფად, ვიდრე თანამედროვე კომპიუტერების გამოყენება. ხელოვნურ კრისტალში ჩაშენებულ ატომებს ასევე შეუძლიათ გადახტომა ერთი ადგილიდან მეორეზე. ამ შემთხვევაში ისინი თავად გახდებოდნენ ინფორმაციის მატარებლები კვანტურ კომპიუტერში ან შეძლებდნენ კვანტური სენსორის შექმნას.

მეცნიერებმა აღმოაჩინეს, რომ რუბიდიუმის ატომები იდეალურია მათი მიზნებისთვის. თუმცა, ბარიუმის, კალციუმის ან ცეზიუმის ატომები ასევე შეიძლება დაიჭიროს ხელოვნური ლაზერული კრისტალით, რადგან მათ აქვთ ენერგიის მსგავსი დონე. შემოთავაზებული მეტამასალის რეალურ ექსპერიმენტში გასაკეთებლად, მკვლევართა ჯგუფს მოუწევს რამდენიმე ატომის დაჭერა ხელოვნური კრისტალური ბადეში და მათი შენარჩუნება მაშინაც კი, როცა აღფრთოვანებული იქნება უმაღლესი ენერგეტიკული მდგომარეობებით.

ვირტუალური რეალობა ოპტიკური დეფექტების გარეშე

მეტამატერიალებს შეუძლიათ იპოვონ სასარგებლო აპლიკაციები ტექნოლოგიის სხვა განვითარებად სფეროში -. ვირტუალურ რეალობას ბევრი განსხვავებული შეზღუდვა აქვს. ჩვენთვის ცნობილი ოპტიკის ნაკლოვანებები მნიშვნელოვან როლს თამაშობს. პრაქტიკულად შეუძლებელია სრულყოფილი ოპტიკური სისტემის აგება, რადგან ყოველთვის არის ე.წ. გადახრები, ე.ი. ტალღის დამახინჯება გამოწვეული სხვადასხვა ფაქტორებით. ჩვენ ვიცით სფერული და ქრომატული აბერაციები, ასტიგმატიზმი, კომა და ოპტიკის მრავალი სხვა უარყოფითი ეფექტი. ყველას, ვინც იყენებდა ვირტუალური რეალობის კომპლექტებს, უნდა გაუმკლავდეს ამ ფენომენებს. შეუძლებელია VR ოპტიკის დაპროექტება, რომელიც მსუბუქი წონაა, მაღალი ხარისხის სურათებს წარმოქმნის, არ აქვს ხილული ცისარტყელა (ქრომატული აბერაციები), იძლევა ხედვის დიდ ველს და არის იაფი. ეს უბრალოდ არარეალურია.

სწორედ ამიტომ, VR აღჭურვილობის მწარმოებლები Oculus და HTC იყენებენ რასაც უწოდებენ Fresnel ლინზებს. ეს საშუალებას გაძლევთ მიიღოთ საგრძნობლად ნაკლები წონა, აღმოფხვრათ ქრომატული აბერაციები და მიიღოთ შედარებით დაბალი ფასი (ასეთი ლინზების წარმოებისთვის მასალა იაფია). სამწუხაროდ, რეფრაქციული რგოლები იწვევს w Fresnel ლინზები კონტრასტის მნიშვნელოვანი ვარდნა და ცენტრიდანული ბზინვის შექმნა, რაც განსაკუთრებით შესამჩნევია იქ, სადაც სცენას აქვს მაღალი კონტრასტი (შავი ფონი).

თუმცა, ახლახან ჰარვარდის უნივერსიტეტის მეცნიერებმა, ფედერიკო კაპასოს ხელმძღვანელობით, შეძლეს განვითარება თხელი და ბრტყელი ლინზა მეტამასალის გამოყენებით. მინაზე ნანოსტრუქტურის ფენა უფრო თხელია ვიდრე ადამიანის თმა (0,002 მმ). მას არა მხოლოდ არ აქვს ტიპიური ნაკლოვანებები, არამედ ის უზრუნველყოფს გამოსახულების ბევრად უკეთეს ხარისხს, ვიდრე ძვირადღირებულ ოპტიკურ სისტემებს.

კაპასოს ლინზა, ტიპიური ამოზნექილი ლინზებისგან განსხვავებით, რომლებიც ღუნავენ და ფანტავენ შუქს, ცვლის სინათლის ტალღის თვისებებს კვარცის მინაზე დეპონირებული ზედაპირიდან გამოსული მიკროსკოპული სტრუქტურების გამო. თითოეული ასეთი რაფა განსხვავებულად ირღვევა სინათლეს, ცვლის მის მიმართულებას. აქედან გამომდინარე, მნიშვნელოვანია ასეთი ნანოსტრუქტურის (ნიმუშის) სათანადოდ გავრცელება, რომელიც შექმნილია კომპიუტერის მიერ და დამზადებულია კომპიუტერული პროცესორების მსგავსი მეთოდების გამოყენებით. ეს ნიშნავს, რომ ამ ტიპის ლინზების წარმოება შესაძლებელია იმავე ქარხნებში, როგორც ადრე, ცნობილი წარმოების პროცესების გამოყენებით. ტიტანის დიოქსიდი გამოიყენება თხრილისთვის.

აღსანიშნავია „მეტაოპტიკის“ კიდევ ერთი ინოვაციური გადაწყვეტა. მეტამატერიალური ჰიპერლინზებიგადაღებულია ბუფალოს ამერიკულ უნივერსიტეტში. ჰიპერლინზების პირველი ვერსიები დამზადებულია ვერცხლისა და დიელექტრიკული მასალისგან, მაგრამ ისინი მუშაობდნენ მხოლოდ ტალღის სიგრძის ძალიან ვიწრო დიაპაზონში. ბუფალოს მეცნიერებმა გამოიყენეს ოქროს ღეროების კონცენტრული განლაგება თერმოპლასტიკაში. ის მუშაობს ხილული სინათლის ტალღის დიაპაზონში. მკვლევარები ასახავდნენ გარჩევადობის ზრდას, რომელიც გამოწვეულია ახალი ხსნარით, მაგალითად სამედიცინო ენდოსკოპის გამოყენებით. ის ჩვეულებრივ ამოიცნობს ობიექტებს 10 ნანომეტრამდე, ხოლო ჰიპერლინზების დაყენების შემდეგ ის 250 ნანომეტრამდე "ვარდება". დიზაინი გადალახავს დიფრაქციის პრობლემას, ფენომენს, რომელიც მნიშვნელოვნად ამცირებს ოპტიკური სისტემების გარჩევადობას - ტალღის დამახინჯების ნაცვლად, ისინი გარდაიქმნება ტალღებად, რომლებიც შეიძლება ჩაიწეროს შემდგომ ოპტიკურ მოწყობილობებში.

Nature Communications-ში გამოქვეყნებული პუბლიკაციების მიხედვით, ამ მეთოდის გამოყენება შესაძლებელია მრავალ სფეროში, მედიცინაში დაწყებული ერთი მოლეკულის დაკვირვებამდე. მიზანშეწონილია დაველოდოთ მეტამასალებზე დაფუძნებულ ბეტონის მოწყობილობებს. შესაძლოა ისინი ვირტუალურ რეალობას საბოლოოდ მიაღწიონ რეალურ წარმატებას. რაც შეეხება „ოპტიკურ კომპიუტერებს“, ეს ჯერ კიდევ საკმაოდ შორეული და ბუნდოვანი პერსპექტივებია. თუმცა გამორიცხული არაფერია...