Metamaterial baru: ringan terkendali
Banyaknya laporan tentang "metamaterial" (dalam tanda kutip, karena definisinya mulai kabur) membuat kita menganggapnya hampir sebagai obat mujarab untuk semua masalah, rasa sakit, dan keterbatasan yang dihadapi dunia teknologi modern. Konsep yang paling menarik akhir-akhir ini menyangkut komputer optik dan realitas virtual.
dalam suatu hubungan komputer hipotetis masa depansebagai contoh, seseorang dapat mengutip penelitian para spesialis dari Universitas TAU Israel di Tel Aviv. Mereka sedang merancang bahan nano multilayer yang harus digunakan untuk membuat komputer optik. Pada gilirannya, para peneliti dari Swiss Paul Scherrer Institute membangun zat tiga fase dari satu miliar magnet mini yang mampu mensimulasikan tiga keadaan agregat, dengan analogi dengan air.
Apa yang bisa digunakan untuk? Israel ingin membangun. Orang Swiss berbicara tentang transmisi dan perekaman data, serta spintronics secara umum.
Sebuah metamaterial tiga fase yang terbuat dari magnet mini yang meniru tiga keadaan air.
Foton sesuai permintaan
Penelitian oleh para ilmuwan di Laboratorium Nasional Lawrence Berkeley di Departemen Energi dapat mengarah pada pengembangan komputer optik berdasarkan metamaterial. Mereka mengusulkan untuk membuat semacam kerangka laser yang dapat menangkap paket atom tertentu di tempat tertentu, menciptakan yang dirancang secara ketat, dikendalikan struktur berbasis cahaya. Itu menyerupai kristal alami. Dengan satu perbedaan - hampir sempurna, tidak ada cacat yang diamati pada bahan alami.
Para ilmuwan percaya bahwa mereka tidak hanya akan dapat dengan ketat mengontrol posisi kelompok atom dalam "kristal ringan" mereka, tetapi juga secara aktif mempengaruhi perilaku atom individu menggunakan laser lain (jarak inframerah dekat). Mereka akan membuat mereka, misalnya, sesuai permintaan memancarkan energi tertentu - bahkan satu foton, yang, ketika dikeluarkan dari satu tempat di kristal, dapat bekerja pada atom yang terperangkap di tempat lain. Ini akan menjadi semacam pertukaran informasi sederhana.
Kemampuan untuk melepaskan foton dengan cepat secara terkendali dan mentransfernya dengan sedikit kehilangan dari satu atom ke atom lainnya merupakan langkah pemrosesan informasi penting untuk komputasi kuantum. Orang dapat membayangkan menggunakan seluruh susunan foton terkontrol untuk melakukan perhitungan yang sangat kompleks - jauh lebih cepat daripada menggunakan komputer modern. Atom yang tertanam dalam kristal buatan juga bisa melompat dari satu tempat ke tempat lain. Dalam hal ini, mereka sendiri akan menjadi pembawa informasi dalam komputer kuantum atau dapat membuat sensor kuantum.
Para ilmuwan telah menemukan bahwa atom rubidium ideal untuk tujuan mereka. Namun, atom barium, kalsium atau cesium juga dapat ditangkap oleh kristal laser buatan karena memiliki tingkat energi yang sama. Untuk membuat metamaterial yang diusulkan menjadi eksperimen nyata, tim peneliti harus menangkap beberapa atom dalam kisi kristal buatan dan menyimpannya di sana bahkan ketika tereksitasi ke tingkat energi yang lebih tinggi.
Realitas virtual tanpa cacat optik
Metamaterial dapat menemukan aplikasi yang berguna di bidang teknologi lain yang sedang berkembang -. Realitas virtual memiliki banyak keterbatasan yang berbeda. Ketidaksempurnaan optik yang kita ketahui memainkan peran penting. Praktis tidak mungkin untuk membangun sistem optik yang sempurna, karena selalu ada yang disebut penyimpangan, mis. distorsi gelombang yang disebabkan oleh berbagai faktor. Kami menyadari aberasi sferis dan kromatik, astigmatisme, koma, dan banyak, banyak efek buruk lainnya dari optik. Siapa pun yang telah menggunakan perangkat realitas virtual pasti pernah berurusan dengan fenomena ini. Tidak mungkin merancang optik VR yang ringan, menghasilkan gambar berkualitas tinggi, tidak memiliki pelangi yang terlihat (chromatic aberrations), memberikan bidang pandang yang luas, dan murah. Ini hanya tidak nyata.
Itulah sebabnya produsen peralatan VR Oculus dan HTC menggunakan apa yang disebut lensa Fresnel. Ini memungkinkan Anda untuk mendapatkan bobot yang jauh lebih sedikit, menghilangkan penyimpangan kromatik dan mendapatkan harga yang relatif rendah (bahan untuk produksi lensa semacam itu murah). Sayangnya, cincin bias menyebabkan w Lensa Fresnel penurunan kontras yang signifikan dan penciptaan cahaya sentrifugal, yang terutama terlihat ketika pemandangan memiliki kontras tinggi (latar belakang hitam).
Namun, baru-baru ini para ilmuwan dari Universitas Harvard, yang dipimpin oleh Federico Capasso, berhasil mengembangkan lensa tipis dan datar menggunakan metamaterials. Lapisan struktur nano pada kaca lebih tipis dari rambut manusia (0,002 mm). Tidak hanya tidak memiliki kekurangan yang khas, tetapi juga memberikan kualitas gambar yang jauh lebih baik daripada sistem optik yang mahal.
Lensa Capasso, tidak seperti lensa cembung tipikal yang membengkokkan dan menyebarkan cahaya, mengubah sifat gelombang cahaya karena struktur mikroskopis yang menonjol dari permukaan, disimpan pada kaca kuarsa. Setiap langkan tersebut membiaskan cahaya secara berbeda, mengubah arahnya. Oleh karena itu, penting untuk mendistribusikan dengan benar struktur nano (pola) yang dirancang dan diproduksi oleh komputer menggunakan metode yang mirip dengan prosesor komputer. Ini berarti bahwa jenis lensa ini dapat diproduksi di pabrik yang sama seperti sebelumnya, menggunakan proses manufaktur yang telah diketahui. Titanium dioksida digunakan untuk sputtering.
Perlu disebutkan solusi inovatif lain dari "meta-optik". hiperlensa metamaterialdiambil di Universitas Amerika di Buffalo. Versi pertama hyperlens terbuat dari perak dan bahan dielektrik, tetapi mereka hanya bekerja dalam rentang panjang gelombang yang sangat sempit. Para ilmuwan Buffalo menggunakan susunan batang emas konsentris dalam wadah termoplastik. Ia bekerja dalam rentang panjang gelombang cahaya tampak. Para peneliti menggambarkan peningkatan resolusi yang dihasilkan dari solusi baru menggunakan endoskopi medis sebagai contoh. Biasanya mengenali objek hingga 10 nanometer, dan setelah menginstal hyperlenses, ia "turun" ke nanometer 250. Desain mengatasi masalah difraksi, sebuah fenomena yang secara signifikan mengurangi resolusi sistem optik - alih-alih distorsi gelombang, mereka diubah menjadi gelombang yang dapat direkam dalam perangkat optik berikutnya.
Menurut sebuah publikasi di Nature Communications, metode ini dapat digunakan di banyak bidang, mulai dari kedokteran hingga pengamatan molekul tunggal. Adalah tepat untuk menunggu perangkat konkret berdasarkan metamaterial. Mungkin mereka akan membiarkan realitas virtual akhirnya mencapai kesuksesan nyata. Adapun "komputer optik", ini masih prospek yang agak jauh dan kabur. Namun, tidak ada yang bisa dikesampingkan ...
