새로운 메타물질: 조명 제어

"메타물질"에 대한 많은 보고서(정의가 모호해지기 때문에 인용 부호로 표시됨)는 현대 기술 세계가 직면한 모든 문제, 고통 및 한계에 대한 거의 만병통치약으로 생각하게 만듭니다. 최근 가장 흥미로운 개념은 광학 컴퓨터와 가상 현실에 관한 것입니다.

관련하여 미래의 가상 컴퓨터예를 들어, 텔아비브에 있는 이스라엘 TAU 대학의 전문가 연구를 인용할 수 있습니다. 그들은 광학 컴퓨터를 만드는 데 사용해야 하는 다층 나노 물질을 설계하고 있습니다. 차례로 스위스 Paul Scherrer Institute의 연구원들은 XNUMX억 개의 소형 자석으로 XNUMX상 물질을 만들었습니다. 세 가지 집계 상태 시뮬레이션, 물과 유추하여.

무엇을 위해 사용할 수 있습니까? 이스라엘인들은 건설을 원합니다. 스위스인은 일반적으로 스핀트로닉스뿐만 아니라 데이터 전송 및 기록에 대해 이야기합니다.

물의 XNUMX가지 상태를 모방한 미니 자석으로 만들어진 XNUMX상 메타물질.

주문형 광자

미국 에너지부 산하 로렌스 버클리 국립연구소(Lawrence Berkeley National Laboratory) 과학자들의 연구는 메타물질을 기반으로 하는 광학 컴퓨터 개발로 이어질 수 있습니다. 그들은 특정 장소에서 특정 원자 패키지를 캡처할 수 있는 일종의 레이저 프레임워크를 만들어 엄격하게 설계되고 제어되는 장치를 만들 것을 제안합니다. 빛 기반 구조. 천연 크리스탈과 비슷합니다. 한 가지 차이점은 거의 완벽하며 천연 소재에는 결함이 없습니다.

과학자들은 "빛 결정"에서 원자 그룹의 위치를 ​​엄격하게 제어할 수 있을 뿐만 아니라 다른 레이저(근적외선 범위)를 사용하여 개별 원자의 동작에 적극적으로 영향을 미칠 수 있을 것이라고 믿습니다. 예를 들어, 그들은 필요에 따라 특정 에너지를 방출하도록 만들 것입니다. 단일 광자조차도 결정의 한 위치에서 제거되면 다른 위치에 갇힌 원자에 작용할 수 있습니다. 일종의 단순한 정보 교환이 될 것입니다.

제어된 방식으로 광자를 신속하게 방출하고 거의 손실 없이 한 원자에서 다른 원자로 전송할 수 있는 기능은 양자 컴퓨팅을 위한 중요한 정보 처리 단계입니다. 매우 복잡한 계산을 수행하기 위해 제어된 광자의 전체 배열을 사용하는 것을 상상할 수 있습니다. 현대 컴퓨터를 사용하는 것보다 훨씬 빠릅니다. 인공 수정에 내장된 원자도 한 곳에서 다른 곳으로 이동할 수 있습니다. 이 경우 양자 컴퓨터에서 정보 전달자가 되거나 양자 센서를 만들 수 있습니다.

과학자들은 루비듐 원자가 그들의 목적에 이상적이라는 것을 발견했습니다. 그러나 바륨, 칼슘 또는 세슘 원자도 유사한 에너지 준위를 가지고 있기 때문에 인공 레이저 결정에 의해 포획될 수 있습니다. 실제 실험에서 제안된 메타물질을 만들기 위해 연구팀은 인공 결정 격자에서 몇 개의 원자를 포착하고 더 높은 에너지 상태로 여기될 때에도 원자를 유지해야 합니다.

광학적 결함이 없는 가상 현실

메타물질은 다른 기술 개발 영역에서 유용한 응용 프로그램을 찾을 수 있습니다. -. 가상 현실에는 다양한 제한 사항이 있습니다. 우리에게 알려진 광학의 결함이 중요한 역할을 합니다. 완벽한 광학 시스템을 구축하는 것은 사실상 불가능합니다. 다양한 요인으로 인한 파동 왜곡. 우리는 구면수차, 색수차, 난시, 코마 및 광학의 많은 기타 부작용에 대해 알고 있습니다. 가상 현실 세트를 사용해 본 사람이라면 누구나 이러한 현상을 다루었을 것입니다. 가볍고 고품질 이미지를 생성하며 눈에 보이는 무지개(색수차)가 없고 넓은 시야를 제공하며 저렴한 VR 광학 장치를 설계하는 것은 불가능합니다. 이것은 단지 비현실적입니다.

이것이 VR 장비 제조업체인 Oculus와 HTC가 프레넬 렌즈라는 것을 사용하는 이유입니다. 이를 통해 무게를 크게 줄이고 색수차를 제거하며 상대적으로 저렴한 가격을 얻을 수 있습니다 (이러한 렌즈 생산 재료는 저렴합니다). 불행하게도 굴절 고리는 w 프레넬 렌즈 대비가 크게 떨어지고 원심 광선이 생성되며 장면의 대비가 높은 경우(검은색 배경)에서 특히 눈에 띕니다.

그러나 최근 Federico Capasso가 이끄는 Harvard University의 과학자들은 메타물질을 이용한 얇고 평평한 렌즈. 유리 위의 나노 구조 층은 사람의 머리카락보다 얇습니다(0,002mm). 일반적인 단점이 없을 뿐만 아니라 고가의 광학 시스템보다 훨씬 우수한 이미지 품질을 제공합니다.

카파소 렌즈는 빛을 휘게 하고 산란시키는 일반적인 볼록 렌즈와 달리 석영 유리에 증착된 표면에서 돌출된 미세한 구조로 인해 광파의 특성을 변화시킵니다. 이러한 각 선반은 빛을 다르게 굴절시켜 방향을 바꿉니다. 따라서 컴퓨터 프로세서와 유사한 방법을 사용하여 컴퓨터로 설계되고 생산되는 이러한 나노구조(패턴)를 적절하게 분포시키는 것이 중요합니다. 즉, 알려진 제조 공정을 사용하여 이전과 동일한 공장에서 이러한 유형의 렌즈를 생산할 수 있습니다. 이산화티타늄은 스퍼터링에 사용됩니다.

"meta-optics"의 또 다른 혁신적인 솔루션을 언급할 가치가 있습니다. 메타물질 하이퍼렌즈American University at Buffalo에서 촬영. 하이퍼렌즈의 첫 번째 버전은 은과 유전체 재료로 만들어졌지만 매우 좁은 범위의 파장에서만 작동했습니다. Buffalo 과학자들은 열가소성 케이스에 금 막대의 동심 배열을 사용했습니다. 가시광선 파장 범위에서 작동합니다. 연구원들은 의료용 내시경을 예로 들어 새로운 솔루션으로 인한 해상도 향상을 설명합니다. 일반적으로 최대 10나노미터까지 물체를 인식하고 하이퍼렌즈를 설치한 후 250 나노미터까지 "떨어집니다". 이 디자인은 광학 시스템의 해상도를 크게 감소시키는 현상인 회절 문제를 극복합니다. 파동 왜곡 대신 후속 광학 장치에서 기록할 수 있는 파동으로 변환됩니다.

Nature Communications의 간행물에 따르면 이 방법은 의학에서 단일 분자 관찰에 이르기까지 많은 분야에서 사용될 수 있습니다. 메타물질 기반의 구체적인 장치를 기다리는 것이 타당하다. 아마도 그들은 가상 현실이 마침내 진정한 성공을 거두도록 허용할 것입니다. "광학 컴퓨터"에 관해서는 여전히 다소 멀고 모호한 전망입니다. 그러나, 아무것도 배제할 수 없다...