Siêu vật liệu mới: ánh sáng được kiểm soát

Rất nhiều báo cáo về "siêu vật liệu" (trong ngoặc kép, vì định nghĩa đang bắt đầu mờ nhạt) khiến chúng ta nghĩ chúng gần như là một liều thuốc chữa bách bệnh cho tất cả các vấn đề, đau đớn và hạn chế mà thế giới công nghệ hiện đại phải đối mặt. Các khái niệm thú vị nhất gần đây liên quan đến máy tính quang học và thực tế ảo.

trong một mối quan hệ máy tính giả định của tương lainhư một ví dụ, người ta có thể trích dẫn nghiên cứu của các chuyên gia từ Đại học TAU Israel ở Tel Aviv. Họ đang thiết kế vật liệu nano nhiều lớp nên được sử dụng để tạo ra máy tính quang học. Đổi lại, các nhà nghiên cứu từ Viện Paul Scherrer Thụy Sĩ đã chế tạo một chất ba pha từ một tỷ nam châm thu nhỏ có khả năng mô phỏng ba trạng thái tổng hợp, bằng cách tương tự với nước.

Những gì nó có thể được sử dụng cho? Người Israel muốn xây dựng. Người Thụy Sĩ nói về truyền và ghi dữ liệu, cũng như spintronics nói chung.

Một siêu vật liệu ba pha làm từ các cực nhỏ mô phỏng ba trạng thái của nước.

Photon theo yêu cầu

Nghiên cứu của các nhà khoa học tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Lawrence Berkeley thuộc Bộ Năng lượng có thể dẫn đến sự phát triển của máy tính quang học dựa trên siêu vật liệu. Họ đề xuất tạo ra một loại khung laze có thể bắt các gói nguyên tử nhất định ở một nơi nhất định, tạo ra một thiết bị được thiết kế và kiểm soát chặt chẽ. cấu trúc dựa trên ánh sáng. Nó giống như các tinh thể tự nhiên. Với một điểm khác biệt - nó gần như hoàn hảo, không có khuyết tật nào được quan sát thấy trong các vật liệu tự nhiên.

Các nhà khoa học tin rằng họ sẽ không chỉ có thể kiểm soát chặt chẽ vị trí của các nhóm nguyên tử trong "tinh thể ánh sáng" của chúng, mà còn tích cực ảnh hưởng đến hành vi của các nguyên tử riêng lẻ bằng cách sử dụng một tia laser khác (phạm vi hồng ngoại gần). Ví dụ, chúng sẽ buộc chúng phải bức xạ một năng lượng nhất định theo yêu cầu - ngay cả một photon đơn lẻ, khi bị loại bỏ khỏi một vị trí trong tinh thể, có thể ảnh hưởng đến một nguyên tử bị mắc kẹt trong một nguyên tử khác. Nó sẽ là một loại trao đổi thông tin đơn giản.

Khả năng nhanh chóng giải phóng một photon một cách có kiểm soát và chuyển nó với ít tổn thất từ ​​nguyên tử này sang nguyên tử khác là một bước xử lý thông tin quan trọng đối với tính toán lượng tử. Người ta có thể tưởng tượng việc sử dụng toàn bộ dãy các photon được điều khiển để thực hiện các phép tính rất phức tạp - nhanh hơn nhiều so với việc sử dụng máy tính hiện đại. Các nguyên tử nhúng trong một tinh thể nhân tạo cũng có thể nhảy từ nơi này sang nơi khác. Trong trường hợp này, chính chúng sẽ trở thành vật mang thông tin trong máy tính lượng tử hoặc có thể tạo ra cảm biến lượng tử.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra rằng các nguyên tử rubidi rất lý tưởng cho các mục đích của chúng. Tuy nhiên, các nguyên tử bari, canxi hoặc xêzi cũng có thể bị tinh thể laze nhân tạo bắt giữ vì chúng có mức năng lượng tương tự nhau. Để tạo ra siêu vật liệu được đề xuất trong một thí nghiệm thực tế, nhóm nghiên cứu sẽ phải thu giữ một vài nguyên tử trong mạng tinh thể nhân tạo và giữ chúng ở đó ngay cả khi được kích thích đến trạng thái năng lượng cao hơn.

Thực tế ảo không có khuyết tật quang học

Siêu vật liệu có thể tìm thấy các ứng dụng hữu ích trong một lĩnh vực công nghệ đang phát triển khác -. Thực tế ảo có nhiều hạn chế khác nhau. Sự không hoàn hảo của quang học mà chúng ta đã biết đóng một vai trò quan trọng. Thực tế là không thể xây dựng một hệ thống quang học hoàn hảo, bởi vì luôn có cái gọi là quang sai, tức là biến dạng sóng do các yếu tố khác nhau gây ra. Chúng tôi nhận thức được quang sai hình cầu và màu sắc, loạn thị, hôn mê và nhiều, nhiều tác dụng phụ khác của quang học. Ai đã từng sử dụng bộ thực tế ảo chắc hẳn đã từng đối mặt với những hiện tượng này. Không thể thiết kế quang học VR có trọng lượng nhẹ, tạo ra hình ảnh chất lượng cao, không nhìn thấy cầu vồng (quang sai màu), cho trường nhìn rộng và rẻ. Đây chỉ là không thực.

Đó là lý do tại sao các nhà sản xuất thiết bị VR Oculus và HTC sử dụng cái được gọi là ống kính Fresnel. Điều này cho phép bạn giảm trọng lượng đáng kể, loại bỏ quang sai màu và có giá thành tương đối thấp (vật liệu để sản xuất các ống kính như vậy rất rẻ). Thật không may, các vòng khúc xạ gây ra w Thấu kính Fresnel giảm độ tương phản đáng kể và tạo ra ánh sáng li tâm, đặc biệt dễ nhận thấy khi cảnh có độ tương phản cao (nền đen).

Tuy nhiên, gần đây các nhà khoa học từ Đại học Harvard, dẫn đầu bởi Federico Capasso, đã quản lý để phát triển thấu kính mỏng và phẳng sử dụng siêu vật liệu. Lớp cấu trúc nano trên thủy tinh mỏng hơn sợi tóc người (0,002 mm). Nó không những không có những nhược điểm điển hình mà còn cho chất lượng hình ảnh tốt hơn nhiều so với các hệ thống quang học đắt tiền.

Thấu kính Capasso, không giống như thấu kính lồi điển hình có thể uốn cong và tán xạ ánh sáng, thay đổi tính chất của sóng ánh sáng do các cấu trúc vi mô nhô ra khỏi bề mặt, lắng đọng trên thủy tinh thạch anh. Mỗi gờ như vậy khúc xạ ánh sáng khác nhau, thay đổi hướng của nó. Do đó, điều quan trọng là phải phân phối chính xác cấu trúc nano (mẫu) được máy tính thiết kế và sản xuất bằng các phương pháp tương tự như bộ xử lý máy tính. Điều này có nghĩa là loại ống kính này có thể được sản xuất trong các nhà máy giống như trước đây, sử dụng các quy trình sản xuất đã biết. Titanium dioxide được sử dụng để phún xạ.

Điều đáng nói là một giải pháp sáng tạo khác là "siêu quang học". siêu thấu kính siêu vật liệuđược thực hiện tại Đại học Hoa Kỳ tại Buffalo. Các phiên bản đầu tiên của siêu thấu kính được làm bằng bạc và vật liệu điện môi, nhưng chúng chỉ hoạt động trong một phạm vi bước sóng rất hẹp. Các nhà khoa học Buffalo đã sử dụng cách sắp xếp đồng tâm của các thanh vàng trong một hộp nhựa nhiệt dẻo. Nó hoạt động trong dải bước sóng ánh sáng nhìn thấy được. Các nhà nghiên cứu minh họa sự gia tăng độ phân giải do giải pháp mới sử dụng ống nội soi y tế làm ví dụ. Nó thường nhận dạng các vật thể có kích thước lên đến 10 nanomet, và sau khi cài đặt siêu ống kính, nó "giảm" xuống 250 nanomet. Thiết kế khắc phục được vấn đề nhiễu xạ, một hiện tượng làm giảm đáng kể độ phân giải của hệ thống quang học - thay vì biến dạng sóng, chúng được chuyển đổi thành sóng có thể được ghi lại trong các thiết bị quang học tiếp theo.

Theo một công bố trên tạp chí Nature Communications, phương pháp này có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực, từ y học đến quan sát phân tử đơn lẻ. Rất thích hợp để chờ đợi các thiết bị bê tông dựa trên siêu vật liệu. Có lẽ họ sẽ cho phép thực tế ảo cuối cùng đạt được thành công thực sự. Đối với "máy tính quang học", đây vẫn là những triển vọng khá xa vời và mơ hồ. Tuy nhiên, không gì có thể loại trừ ...