فرامواد جدید: نور تحت کنترل
بسیاری از گزارش‌ها در مورد «فرا مواد» (در گیومه، زیرا تعریف در حال شروع به محو شدن است) باعث می‌شود که آنها را تقریباً نوشدارویی برای همه مشکلات، دردها و محدودیت‌هایی که دنیای مدرن فناوری با آن مواجه است بدانیم. جالب ترین مفاهیم اخیراً مربوط به رایانه های نوری و واقعیت مجازی است.
در یک رابطه کامپیوترهای فرضی آیندهبه عنوان مثال می توان به تحقیقات متخصصان دانشگاه TAU اسرائیل در تل آویو اشاره کرد. آنها در حال طراحی نانومواد چند لایه هستند که باید برای ایجاد کامپیوترهای نوری استفاده شوند. به نوبه خود، محققان مؤسسه پل شرر سوئیس یک ماده سه فاز از یک میلیارد آهنربا مینیاتوری ساختند که قادر به سه حالت مجموع را شبیه سازی کنید، به قیاس با آب.
اون به چه دردی میخوره؟ اسرائیلی ها می خواهند بسازند. سوئیسی ها در مورد انتقال و ضبط داده ها و همچنین به طور کلی اسپینترونیک صحبت می کنند.
یک متامتریال سه فاز ساخته شده از آهنرباهای کوچک که سه حالت آب را تقلید می کند.
فوتون در صورت تقاضا
تحقیقات دانشمندان آزمایشگاه ملی لارنس برکلی در وزارت انرژی ممکن است به توسعه کامپیوترهای نوری بر اساس فرامواد منجر شود. آنها پیشنهاد می‌کنند که نوعی چارچوب لیزری ایجاد کنند که بتواند بسته‌های خاصی از اتم‌ها را در یک مکان خاص جذب کند، و یک طراحی کاملاً کنترل شده ایجاد کند. ساختار مبتنی بر نور. شبیه کریستال های طبیعی است. با یک تفاوت - تقریباً کامل است، هیچ نقصی در مواد طبیعی مشاهده نمی شود.
دانشمندان بر این باورند که آنها نه تنها می توانند موقعیت گروه های اتم را در "کریستال نور" خود به شدت کنترل کنند، بلکه به طور فعال بر رفتار اتم های منفرد با استفاده از لیزر دیگری (نزدیک برد مادون قرمز) تأثیر می گذارند. آنها آنها را وادار می کنند، به عنوان مثال، در صورت تقاضا، انرژی خاصی را ساطع کنند - حتی یک فوتون، که وقتی از یک مکان در کریستال جدا می شود، می تواند روی اتمی که در دیگری به دام افتاده است، عمل کند. این یک نوع تبادل اطلاعات ساده خواهد بود.
توانایی رهاسازی سریع فوتون به شیوه ای کنترل شده و انتقال آن با اتلاف کم از یک اتم به اتم دیگر یک مرحله پردازش اطلاعات مهم برای محاسبات کوانتومی است. می توان تصور کرد که از کل آرایه های فوتون های کنترل شده برای انجام محاسبات بسیار پیچیده استفاده می شود - بسیار سریعتر از استفاده از رایانه های مدرن. اتم های تعبیه شده در یک کریستال مصنوعی نیز می توانند از مکانی به مکان دیگر بپرند. در این صورت، آنها خودشان حامل اطلاعات در یک کامپیوتر کوانتومی می شوند یا می توانند یک حسگر کوانتومی ایجاد کنند.
دانشمندان دریافته اند که اتم های روبیدیم برای اهداف خود ایده آل هستند. با این حال، اتم‌های باریم، کلسیم یا سزیم نیز می‌توانند توسط یک کریستال لیزر مصنوعی جذب شوند، زیرا سطح انرژی مشابهی دارند. برای ساختن فراماده پیشنهادی در یک آزمایش واقعی، تیم تحقیقاتی باید چند اتم را در یک شبکه کریستالی مصنوعی جمع‌آوری کند و آنها را حتی زمانی که به حالت‌های انرژی بالاتر برانگیخته‌اند، در آنجا نگه دارد.
واقعیت مجازی بدون نقص نوری
متامتریال ها می توانند کاربردهای مفیدی را در یکی دیگر از حوزه های در حال توسعه فناوری پیدا کنند -. واقعیت مجازی محدودیت های بسیار متفاوتی دارد. عیوب اپتیکی که برای ما شناخته شده است نقش مهمی ایفا می کند. ساختن یک سیستم نوری کامل عملا غیرممکن است، زیرا همیشه به اصطلاح انحرافات وجود دارد، یعنی. اعوجاج موج ناشی از عوامل مختلف ما از انحرافات کروی و کروماتیک، آستیگماتیسم، کما و بسیاری از اثرات نامطلوب دیگر اپتیک آگاه هستیم. هرکسی که از مجموعه های واقعیت مجازی استفاده کرده است، حتما با این پدیده ها برخورد کرده است. طراحی اپتیک های VR که سبک وزن باشند، تصاویر باکیفیت تولید کنند، رنگین کمان قابل رویت (انحرافات رنگی) نداشته باشند، میدان دید وسیعی ارائه دهند و ارزان باشند غیرممکن است. این فقط غیر واقعی است.
به همین دلیل است که سازندگان تجهیزات واقعیت مجازی Oculus و HTC از لنزهای Fresnel استفاده می کنند. این به شما امکان می دهد به طور قابل توجهی وزن کمتری داشته باشید، انحرافات رنگی را از بین ببرید و قیمت نسبتاً پایینی داشته باشید (مواد تولید چنین لنزهایی ارزان است). متاسفانه حلقه های انکساری باعث w لنزهای فرنل کاهش قابل توجه کنتراست و ایجاد درخشش گریز از مرکز، که به ویژه در جایی که صحنه کنتراست بالایی دارد (پس زمینه سیاه) قابل توجه است.
با این حال، اخیراً دانشمندان دانشگاه هاروارد به رهبری فدریکو کاپاسو موفق به توسعه شدند عدسی نازک و مسطح با استفاده از فرامواد. لایه نانوساختار روی شیشه از موی انسان نازک تر است (0,002 میلی متر). نه تنها اشکالات معمولی را ندارد، بلکه کیفیت تصویر بسیار بهتری نسبت به سیستم های نوری گران قیمت ارائه می دهد.
عدسی کاپاسو، بر خلاف عدسی‌های محدب معمولی که نور را خم می‌کنند و پراکنده می‌کنند، به دلیل ساختارهای میکروسکوپی بیرون زده از سطح، که روی شیشه کوارتز قرار گرفته‌اند، خواص موج نور را تغییر می‌دهد. هر یک از این طاقچه ها نور را به طور متفاوتی می شکند و جهت آن را تغییر می دهد. بنابراین، توزیع مناسب چنین نانوساختاری (الگوی) که توسط کامپیوتر طراحی و با استفاده از روش‌های مشابه پردازنده‌های کامپیوتری تولید می‌شود، حائز اهمیت است. به این معنی که این نوع لنز را می توان در همان کارخانه های قبلی و با استفاده از فرآیندهای ساخت شناخته شده تولید کرد. دی اکسید تیتانیوم برای کندوپاش استفاده می شود.
شایان ذکر است یکی دیگر از راه حل های ابتکاری "متا اپتیک" است. هایپرلنزهای متامتریالدر دانشگاه آمریکایی در بوفالو گرفته شده است. اولین نسخه هایپرلنزها از نقره و مواد دی الکتریک ساخته شده بودند، اما آنها فقط در محدوده بسیار باریکی از طول موج ها کار می کردند. دانشمندان بوفالو از آرایش متحدالمرکز میله های طلا در یک محفظه ترموپلاستیک استفاده کردند. در محدوده طول موج نور مرئی کار می کند. محققان افزایش وضوح حاصل از راه حل جدید را با استفاده از یک آندوسکوپ پزشکی به عنوان مثال نشان می دهند. معمولاً اجسام تا 10 نانومتر را تشخیص می‌دهد و پس از نصب هایپرلنز، تا 250 نانومتر کاهش می‌یابد. این طرح بر مشکل پراش غلبه می کند، پدیده ای که وضوح سیستم های نوری را به طور قابل توجهی کاهش می دهد - به جای اعوجاج موج، آنها به امواجی تبدیل می شوند که می توانند در دستگاه های نوری بعدی ضبط شوند.
بر اساس یک نشریه در Nature Communications، این روش می تواند در بسیاری از زمینه ها، از پزشکی گرفته تا مشاهدات تک مولکولی مورد استفاده قرار گیرد. مناسب است منتظر دستگاه های بتنی بر اساس فرامواد باشیم. شاید آنها اجازه دهند واقعیت مجازی در نهایت به موفقیت واقعی دست یابد. در مورد "کامپیوترهای نوری"، اینها هنوز چشم اندازهای بسیار دور و مبهم هستند. با این حال هیچ چیز را نمی توان رد کرد ...
