Novi metamateriali: luce sottu cuntrollu

Una mansa di rapporti nantu à i "metamateriali" (in virgolette, perchè a definizione principia à sbulicà) ci facenu pensà à elli cum'è quasi una panacea per tutti i prublemi, i dulori è e limitazioni chì u mondu mudernu di a tecnulugia face. I cuncetti più interessanti ultimamente riguardanu l'urdinatore otticu è a realtà virtuale.

in una relazione computer ipotetiche di u futurucum'è un esempiu, si pò cità a ricerca di specialisti da l'Università TAU israeliana in Tel Aviv. Sò cuncependu nanomateriali multilayer chì deve esse usatu per creà computer ottici. À u turnu, i circadori di l'Istitutu Swiss Paul Scherrer hà custruitu una sustanza trifase da un miliardo di magneti in miniatura capace di simula trè stati aggregati, per analogia cù l'acqua.

Chì pò esse usatu per? L'Israeli volenu custruisce. I Svizzeri parlanu di a trasmissione di dati è a registrazione, è ancu di spintronica in generale.

Un metamateriale minimagnet trifase chì imita i trè stati di l'acqua.

Fotoni nantu à a dumanda

A ricerca di i scientisti in u Laboratoriu Naziunale di Lawrence Berkeley in u Dipartimentu di l'Energia pò purtà à u sviluppu di l'urdinatori ottici basati nantu à metamateriali. Proponenu di creà un tipu di quadru laser chì pò catturà certi pacchetti di atomi in un certu locu, creendu un strettu cuntrullatu, cuntrullatu. struttura a base di luce. S'assumiglia à i cristalli naturali. Cù una diferenza - hè quasi perfetta, ùn sò micca osservati difetti in materiali naturali.

I scientisti crèdenu chì ùn anu micca solu pudè cuntrullà strettamente a pusizioni di gruppi di atomi in u so "cristalli di luce", ma ancu influenza attivamente u cumpurtamentu di l'atomi individuali cù un altru laser (vicinu infrared range). Li feranu, per esempiu, nantu à a dumanda emettenu una certa energia - ancu una sola fotone, chì, quandu si sguassate da un locu in u cristallu, pò agisce nantu à un atomu intrappulatu in un altru. Serà un tipu di scambiu simplice di infurmazione.

L'abilità di liberà rapidamente un fotonu in una manera cuntrullata è di trasferisce cù poca perdita da un atomu à l'altru hè un passu impurtante di trasfurmazioni di l'infurmazioni per l'informatica quantistica. Un pò imaginà l'utilizazione di matrici intere di fotoni cuntrullati per fà calculi assai cumplessi - assai più veloce di l'usu di l'urdinatori muderni. L'atomi incrustati in un cristalu artificiale puderanu ancu saltà da un locu à l'altru. In questu casu, elli stessi diventeranu trasportatori di informazioni in un computer quantum o puderanu creà un sensor quantum.

I scientisti anu truvatu chì l'atomi di rubidium sò ideali per i so scopi. In ogni casu, l'atomi di bario, calcium, o cesium ponu ancu esse catturati da un cristallu laser artificiale perchè anu livelli d'energia simili. Per fà u metamateriale prupostu in un veru esperimentu, u squadra di ricerca duveria catturà uni pochi d'atomi in un reticulatu di cristalli artificiali è mantenenu quì ancu quandu eccitatu à stati di energia più altu.

A realtà virtuale senza difetti ottici

I metamateriali puderanu truvà applicazioni utili in un altru settore di sviluppu di a tecnulugia -. A realtà virtuale hà parechje limitazioni diverse. L'imperfezioni di l'ottica cunnisciuta da noi ghjucanu un rolu significativu. Hè praticamenti impussibile di custruisce un sistema otticu perfettu, perchè ci sò sempre cusì chjamati aberrazioni, i.e. distorsioni d'onda causate da vari fattori. Semu cuscenti di aberrazioni sferiche è cromatiche, astigmatismu, coma è assai, assai altri effetti avversi di l'ottica. Qualchidunu chì hà utilizatu set di realtà virtuale deve avè trattatu cù questi fenomeni. Hè impussibile di disignà l'ottiche VR chì sò ligeri, pruducenu imaghjini d'alta qualità, ùn anu micca un arcubalenu visibile (aberrazioni cromatiche), dà un grande campu di vista, è esse prezzu. Questu hè solu irreale.

Hè per quessa chì i pruduttori di l'equipaggiu VR Oculus è HTC utilizanu ciò chì sò chjamati lenti Fresnel. Questu permette di ottene un pesu significativamente menu, eliminà l'aberrazioni cromatiche è uttene un prezzu relativamente bassu (u materiale per a produzzione di tali lenti hè prezzu). Sfortunatamente, l'anelli refrattivi causanu w Lenti di Fresnel una caduta significativa in cuntrastu è a creazione di un glow centrifugal, chì hè soprattuttu notevuli induve a scena hà un altu cuntrastu (fondu neru).

Tuttavia, recentemente i scientisti di l'Università di Harvard, guidati da Federico Capasso, anu sappiutu di sviluppà lente sottile è piatta cù metamateriali. A capa di nanostruttura nantu à u vetru hè più fina di un capeddu umanu (0,002 mm). Ùn solu ùn hà micca i svantaghji tipici, ma ancu furnisce una qualità di l'imagine assai megliu cà i sistemi ottichi caru.

A lenti Capasso, à u cuntrariu di i lenti cunvessi tipici chì curvanu è sparghje a luce, cambia e proprietà di l'onda luminosa per via di strutture microscòpichi chì sporgenu da a superficia, dipositu nantu à vetru di quartz. Ognuna di tali corniche rifratta a luce in modu diversu, cambiendu a so direzzione. Per quessa, hè impurtante di distribuisce bè una tale nanostruttura (pattern) chì hè cuncepitu per computer è pruduciutu cù metudi simili à i prucessori di l'urdinatore. Questu significa chì stu tipu di lenti pò esse pruduciutu in e stesse fabbriche cum'è prima, utilizendu prucessi di fabricazione cunnisciuti. U diossidu di titaniu hè usatu per sputtering.

Vale a pena menziunà una altra suluzione innovativa di "meta-ottica". iperlenti metamaterialipresa à l'Università Americana di Buffalo. I primi versioni di l'iperlensi eranu fatti d'argentu è di un materiale dielettricu, ma anu travagliatu solu in una gamma assai stretta di lunghezze d'onda. I scientisti di Buffalo anu utilizatu un accordu cuncentricu di verge d'oru in un casu termoplasticu. Funziona in a gamma di lunghezze d'onda di luce visibile. I circadori illustranu l'aumentu di a risoluzione risultatu da a nova suluzione utilizendu un endoscopiu medicale cum'è un esempiu. Di solitu ricunnosce l'uggetti finu à 10 250 nanometri, è dopu a stallazione di l'iperlensi, "caccia" finu à XNUMX nanometri. U disignu supera u prublema di diffrazione, un fenomenu chì reduce significativamente a risuluzione di i sistemi ottici - invece di distorsioni d'onda, sò cunvertiti in onde chì ponu esse registrate in i dispositi ottichi successivi.

Sicondu una publicazione in Nature Communications, stu metudu pò esse usatu in parechji spazii, da a medicina à l'osservazioni di una sola molécula. Hè apprupriatu à aspittà per i dispositi concreti basati nantu à metamateriali. Forse permettenu à a realtà virtuale di ottene infine un veru successu. In quantu à "urdinatori ottichi", questi sò sempre prospettive piuttostu distanti è vagi. Tuttavia, nunda ùn pò esse esclusu ...