Նոր մետանյութեր՝ լույսը հսկողության տակ
«Մետամյութերի» մասին բազմաթիվ զեկույցներ (մեջբերումներով, քանի որ սահմանումը սկսում է մշուշել) ստիպում են մեզ մտածել դրանք որպես գրեթե համադարման բոլոր խնդիրների, ցավերի և սահմանափակումների համար, որոնց բախվում է ժամանակակից տեխնոլոգիական աշխարհը: Վերջին շրջանում ամենահետաքրքիր հասկացությունները վերաբերում են օպտիկական համակարգիչներին և վիրտուալ իրականությանը։
հետ կապված ապագայի հիպոթետիկ համակարգիչներՈրպես օրինակ կարելի է բերել Թել Ավիվի իսրայելական TAU համալսարանի մասնագետների հետազոտությունը։ Նրանք նախագծում են բազմաշերտ նանոնյութեր, որոնք պետք է օգտագործվեն օպտիկական համակարգիչներ ստեղծելու համար։ Իր հերթին, շվեյցարական Պոլ Շերերի ինստիտուտի հետազոտողները միլիարդ մանր մագնիսներից եռաֆազ նյութ են կառուցել, որոնք ունակ են մոդելավորել երեք ագրեգատային վիճակներ, ջրի համեմատությամբ։
Ինչի՞ համար կարող է այն օգտագործվել: Իսրայելցիները ցանկանում են կառուցել. Շվեյցարացիները խոսում են տվյալների փոխանցման և ձայնագրման, ինչպես նաև առհասարակ սպինտրոնիկայի մասին։
Եռաֆազ մինիմագնիսական մետանյութ, որը ընդօրինակում է ջրի երեք վիճակները:
Ֆոտոններ ըստ պահանջի
Էներգետիկայի դեպարտամենտի Լոուրենս Բերքլիի ազգային լաբորատորիայի գիտնականների հետազոտությունները կարող են հանգեցնել մետանյութերի վրա հիմնված օպտիկական համակարգիչների ստեղծմանը: Նրանք առաջարկում են ստեղծել մի տեսակ լազերային շրջանակ, որը կարող է գրավել ատոմների որոշակի փաթեթներ որոշակի վայրում՝ ստեղծելով խիստ ձևավորված, վերահսկվող լույսի վրա հիմնված կառուցվածք. Այն նման է բնական բյուրեղների։ Մի տարբերությամբ՝ այն գրեթե կատարյալ է, բնական նյութերում ոչ մի թերություն չի նկատվում։
Գիտնականները կարծում են, որ նրանք ոչ միայն կկարողանան սերտորեն վերահսկել ատոմների խմբերի դիրքերը իրենց «թեթև բյուրեղում», այլև ակտիվորեն ազդել առանձին ատոմների վարքագծի վրա՝ օգտագործելով մեկ այլ լազեր (ինֆրակարմիր տիրույթի մոտ): Նրանք կստիպեն նրանց, օրինակ, ըստ պահանջի արտանետել որոշակի էներգիա՝ նույնիսկ մեկ ֆոտոն, որը, երբ հեռացվի բյուրեղի մի տեղից, կարող է ազդել մյուսում թակարդված ատոմի վրա: Դա կլինի տեղեկատվության մի տեսակ պարզ փոխանակում։
Ֆոտոնը վերահսկվող եղանակով արագ ազատելու և այն մի ատոմից մյուսը փոքր կորստով փոխանցելու ունակությունը քվանտային հաշվարկների համար տեղեկատվության մշակման կարևոր քայլ է: Կարելի է պատկերացնել կառավարվող ֆոտոնների ամբողջ զանգվածների օգտագործումը շատ բարդ հաշվարկներ կատարելու համար՝ շատ ավելի արագ, քան ժամանակակից համակարգիչներ օգտագործելը: Արհեստական բյուրեղի մեջ ներկառուցված ատոմները նույնպես կարող են ցատկել մի տեղից մյուսը: Այս դեպքում նրանք իրենք կդառնային տեղեկատվության կրիչներ քվանտային համակարգչում կամ կարող էին ստեղծել քվանտային սենսոր։
Գիտնականները պարզել են, որ ռուբիդիումի ատոմները իդեալական են իրենց նպատակների համար։ Այնուամենայնիվ, բարիումի, կալցիումի կամ ցեզիումի ատոմները կարող են գրավվել նաև արհեստական լազերային բյուրեղով, քանի որ դրանք ունեն էներգիայի նման մակարդակներ: Առաջարկվող մետանյութը իրական փորձի մեջ պատրաստելու համար հետազոտական թիմը պետք է մի քանի ատոմ բռներ արհեստական բյուրեղյա ցանցի մեջ և պահի դրանք այնտեղ, նույնիսկ երբ հուզված են ավելի բարձր էներգիայի վիճակներով:
Վիրտուալ իրականություն՝ առանց օպտիկական թերությունների
Metamaterials-ը կարող է օգտակար կիրառություններ գտնել տեխնոլոգիայի մեկ այլ զարգացող ոլորտում. Վիրտուալ իրականությունը շատ տարբեր սահմանափակումներ ունի: Մեզ հայտնի օպտիկայի անկատարությունները էական դեր են խաղում։ Կատարյալ օպտիկական համակարգ կառուցելը գործնականում անհնար է, քանի որ միշտ լինում են այսպես կոչված շեղումներ, այսինքն. ալիքի աղավաղում, որը պայմանավորված է տարբեր գործոններով. Մենք տեղյակ ենք գնդաձև և քրոմատիկ շեղումների, աստիգմատիզմի, կոմայի և օպտիկայի շատ ու շատ այլ անբարենպաստ հետևանքների մասին: Յուրաքանչյուր ոք, ով օգտվել է վիրտուալ իրականության հավաքածուներից, պետք է առնչված լինի այս երեւույթների հետ: Անհնար է նախագծել VR օպտիկա, որը թեթև է, արտադրում է բարձրորակ պատկերներ, չունի տեսանելի ծիածան (քրոմատիկ շեղումներ), մեծ տեսադաշտ է տալիս և էժան է: Սա ուղղակի անիրական է։
Ահա թե ինչու VR սարքավորումներ արտադրող Oculus-ը և HTC-ն օգտագործում են Fresnel ոսպնյակներ: Սա թույլ է տալիս զգալիորեն ավելի քիչ քաշ ստանալ, վերացնել քրոմատիկ շեղումները և ստանալ համեմատաբար ցածր գին (նման ոսպնյակների արտադրության նյութը էժան է): Ցավոք, բեկող օղակները առաջացնում են w Fresnel ոսպնյակներ կոնտրաստի զգալի անկում և կենտրոնախույս փայլի ստեղծում, ինչը հատկապես նկատելի է այնտեղ, որտեղ տեսարանը ունի բարձր կոնտրաստ (սև ֆոն):
Սակայն վերջերս Հարվարդի համալսարանի գիտնականներին՝ Ֆեդերիկո Կապասոյի գլխավորությամբ, հաջողվել է զարգանալ բարակ և հարթ ոսպնյակներ՝ օգտագործելով մետանյութեր. Ապակու նանոկառուցվածքի շերտը ավելի բարակ է, քան մարդու մազը (0,002 մմ): Այն ոչ միայն չունի բնորոշ թերությունները, այլեւ ապահովում է պատկերի շատ ավելի լավ որակ, քան թանկարժեք օպտիկական համակարգերը:
Կապասսոյի ոսպնյակը, ի տարբերություն սովորական ուռուցիկ ոսպնյակների, որոնք թեքում և ցրում են լույսը, փոխում է լույսի ալիքի հատկությունները մակերեսից դուրս եկող մանրադիտակային կառուցվածքների պատճառով, որոնք դրված են քվարցային ապակու վրա: Յուրաքանչյուր նման եզր բեկում է լույսը տարբեր կերպ՝ փոխելով իր ուղղությունը։ Հետևաբար, կարևոր է պատշաճ կերպով բաշխել նման նանոկառուցվածքը (նախշը), որը նախագծված է համակարգչային ձևով և արտադրվում է համակարգչային պրոցեսորների նման մեթոդներով: Սա նշանակում է, որ այս տեսակի ոսպնյակներ կարելի է արտադրել նախկինում եղած գործարաններում՝ օգտագործելով հայտնի արտադրական գործընթացները: Տիտանի երկօքսիդը օգտագործվում է ցողման համար։
Հարկ է նշել «մետաօպտիկայի» մեկ այլ նորարարական լուծում. մետամատերիալ հիպերոսպնյակներնկարված Բուֆալոյի Ամերիկյան համալսարանում: Հիպերոսպնյակների առաջին տարբերակները պատրաստված էին արծաթից և դիէլեկտրիկ նյութից, բայց դրանք աշխատում էին միայն ալիքների երկարությունների շատ նեղ միջակայքում: Բուֆալոյի գիտնականներն օգտագործել են ոսկյա ձողերի համակենտրոն դասավորություն ջերմապլաստիկ պատյանում: Այն աշխատում է տեսանելի լույսի ալիքի երկարության տիրույթում: Հետազոտողները ցույց են տալիս նոր լուծույթի արդյունքում առաջացած լուծաչափի աճը՝ որպես օրինակ օգտագործելով բժշկական էնդոսկոպը: Այն սովորաբար ճանաչում է մինչև 10 նանոմետրի առարկաներ, իսկ հիպերոսպնյակներ տեղադրելուց հետո այն «իջնում» է մինչև 250 նանոմետր: Դիզայնը հաղթահարում է դիֆրակցիայի խնդիրը, մի երևույթ, որը զգալիորեն նվազեցնում է օպտիկական համակարգերի լուծումը. ալիքի աղավաղման փոխարեն դրանք վերածվում են ալիքների, որոնք կարող են գրանցվել հետագա օպտիկական սարքերում:
Ըստ Nature Communications-ի հրապարակման՝ այս մեթոդը կարող է օգտագործվել բազմաթիվ ոլորտներում՝ բժշկությունից մինչև մեկ մոլեկուլային դիտարկումներ: Տեղին է սպասել մետանյութերի վրա հիմնված կոնկրետ սարքերի։ Թերևս նրանք թույլ կտան վիրտուալ իրականությանը վերջապես հասնել իրական հաջողության։ Ինչ վերաբերում է «օպտիկական համակարգիչներին», ապա դրանք դեռ բավականին հեռավոր և անորոշ հեռանկարներ են։ Սակայն ոչինչ բացառել չի կարելի...
