New metamaterials: Liicht ënner Kontroll
Vill Berichter iwwer "Metamaterial" (an Zitatzeechen, well d'Definitioun ufänkt ze verschwannen) maachen eis un se als bal e Panacea fir all d'Problemer, Péng an Aschränkungen ze denken, déi d'modern Welt vun der Technologie konfrontéiert ass. Déi interessantst Konzepter a leschter Zäit betreffen optesch Computeren a virtuell Realitéit.
an enger Bezéiung hypothetesch Computere vun der ZukunftBeispiller enthalen Studien vu Spezialisten vun der israelescher TAU Universitéit zu Tel Aviv. Si entwerfen multilayer Nanomaterialien déi benotzt gi fir optesch Computeren ze kreéieren. Am Tour hunn d'Fuerscher vum Schwäizer Paul Scherrer Institut eng dräi-Phase Substanz aus enger Milliard Miniaturmagnete gebaut, déi fäeg sinn simuléieren dräi aggregéiert Staaten, duerch Analogie mat Waasser.
Fir wat kann et benotzt ginn? D'Israeli wëlle bauen. D'Schwäizer schwätzen iwwer Dateniwwerdroung an Opnam, souwéi Spintronik am Allgemengen.
En Dräi-Phas Minimagnet Metamaterial deen déi dräi Waasserzoustand mimics.
Photonen op Nofro
Fuerschung vu Wëssenschaftler am Lawrence Berkeley National Laboratory am Department of Energy kann zu der Entwécklung vun opteschen Computeren op Metamaterialien féieren. Si proposéieren eng Zort Laser-Framework ze kreéieren, dee bestëmmte Packagen vun Atomer op enger bestëmmter Plaz erfaasse kann, e streng konzipéierten, kontrolléierten Liicht baséiert Struktur. Et gläicht natierleche Kristalle. Mat engem Ënnerscheed - et ass bal perfekt, keng Mängel ginn an Naturmaterialien beobachtet.
D'Wëssenschaftler gleewen datt se net nëmmen d'Positioun vun de Gruppen vun Atomer an hirem "Liichtkristall" streng kontrolléieren kënnen, awer och aktiv d'Behuele vun eenzel Atomer mat engem aneren Laser (no-Infraroutberäich) beaflossen. Si maachen hinnen, zum Beispill, op Nofro eng gewëssen Energie emittéieren - och en eenzegen Photon, deen, wann se vun enger Plaz am Kristall ewechgeholl gëtt, op en Atom an engem aneren agespaart ka handelen. Et wäert eng Zort einfachen Informatiounsaustausch sinn.
D'Kapazitéit fir e Photon séier op eng kontrolléiert Manéier ze befreien an et mat wéineg Verloscht vun engem Atom op en aneren ze transferéieren ass e wichtege Informatiounsveraarbechtungsschrëtt fir Quanteberechenung. Et kann ee sech virstellen, ganz Arrays vu kontrolléierte Photonen ze benotzen fir ganz komplex Berechnungen auszeféieren - vill méi séier wéi modern Computeren. Atomer, déi an engem kënschtlechen Kristall agebonne sinn, kënnen och vun enger Plaz op déi aner sprangen. An dësem Fall gi se selwer Informatiounsdréier an engem Quantecomputer oder kéinten e Quantesensor kreéieren.
Wëssenschaftler hunn erausfonnt datt Rubidium Atomer ideal fir hir Zwecker sinn. Wéi och ëmmer, Barium, Kalzium oder Cäsiumatome kënnen och vun engem kënschtlechen Laserkristall gefaange ginn, well se ähnlech Energieniveauen hunn. Fir de proposéierte Metamaterial an engem richtegen Experiment ze maachen, muss d'Fuerschungsteam e puer Atomer an engem kënschtlechen Kristallgitter erfaassen an se do halen och wann se op méi héich Energiezoustand opgereegt sinn.
Virtuell Realitéit ouni optesch Mängel
Metamateriale kéinten nëtzlech Uwendungen an engem aneren Entwécklungsberäich vun der Technologie fannen -. Virtuell Realitéit huet vill verschidde Aschränkungen. D'Mängel vun der Optik, déi eis bekannt ass, spillen eng bedeitend Roll. Et ass praktesch onméiglech fir e perfekte opteschen System ze bauen, well et ëmmer sougenannte Aberratiounen sinn, d.h. Wellenverzerrung verursaacht duerch verschidde Faktoren. Mir si bewosst vu sphäresch a chromatesch Aberratiounen, Astigmatismus, Coma a vill, vill aner negativ Auswierkunge vun der Optik. Jiddereen deen virtuell Realitéit Sets benotzt huet muss mat dëse Phänomener behandelt hunn. Et ass onméiglech fir VR Optik ze designen déi liicht sinn, héichqualitativ Biller produzéieren, kee sichtbare Regenbogen hunn (chromatesch Aberratiounen), e grousst Gesiichtsfeld ginn a bëlleg sinn. Dëst ass just onreal.
Dofir benotze VR Ausrüstungshersteller Oculus an HTC wat Fresnel Lënsen genannt ginn. Dëst erlaabt Iech wesentlech manner Gewiicht ze kréien, chromatesch Aberratiounen eliminéieren an e relativ niddrege Präis kréien (d'Material fir d'Produktioun vun esou Lënsen ass bëlleg). Leider, refractive Réng Ursaach w Fresnel Lënsen e wesentleche Réckgang am Kontrast an d'Schafe vun engem Zentrifugalglanz, wat besonnesch opfälleg ass, wou d'Szen en héije Kontrast huet (schwaarzen Hannergrond).
Wéi och ëmmer, kierzlech Wëssenschaftler vun der Harvard University, gefouert vum Federico Capasso, hunn et fäerdeg bruecht ze entwéckelen dënn a flaach Lens mat Metamaterialien. D'Nanostrukturschicht op Glas ass méi dënn wéi e Mënsch Hoer (0,002 mm). Et huet net nëmmen déi typesch Nodeeler, awer et bitt och vill besser Bildqualitéit wéi deier optesch Systemer.
D'Capasso-Objektiv, am Géigesaz zu typesche konvexe Lënsen, déi d'Liicht béien a streiden, verännert d'Eegeschafte vun der Liichtwelle wéinst mikroskopesche Strukturen, déi vun der Uewerfläch erausstinn, op Quarzglas deposéiert. All esou Ledge brécht d'Liicht anescht, ännert seng Richtung. Dofir ass et wichteg sou eng Nanostruktur (Muster) richteg ze verdeelen, déi Computer-entworf a produzéiert gëtt mat Methoden ähnlech wéi Computerprozessoren. Dëst bedeit datt dës Zort Objektiv an de selwechte Fabriken wéi virdrun produzéiert ka ginn, mat bekannte Fabrikatiounsprozesser. Titandioxid gëtt fir Sputteren benotzt.
Et ass derwäert eng aner innovativ Léisung vun "Meta-Optik" ze ernimmen. metamaterial Hyperlënsenop der American University zu Buffalo geholl. Déi éischt Versioune vun Hyperlënse goufen aus Sëlwer an engem dielektrescht Material gemaach, awer si hunn nëmmen an engem ganz schmuele Beräich vu Wellelängten geschafft. D'Buffalo Wëssenschaftler hunn eng konzentresch Arrangement vu Goldstäben an engem thermoplastesche Fall benotzt. Et funktionnéiert am sichtbare Liichtwellelängtberäich. D'Fuerscher illustréieren d'Erhéijung vun der Resolutioun aus der neier Léisung mat engem medizineschen Endoskop als Beispill. Et erkennt normalerweis Objekter bis zu 10 Nanometer, an no der Installatioun vun Hyperlënsen "fällt" se op 250 Nanometer. Den Design iwwerwannt d'Problem vun der Diffraktioun, e Phänomen, deen d'Resolutioun vun opteschen Systemer wesentlech reduzéiert - amplaz vun der Wellenverzerrung, gi se a Wellen ëmgewandelt, déi an de spéideren opteschen Apparater opgeholl kënne ginn.
Laut enger Publikatioun an Nature Communications, kann dës Method a ville Beräicher benotzt ginn, vu Medizin bis eenzel Molekülobservatiounen. Et ass ubruecht fir konkret Apparater op Basis vu Metamaterialien ze waarden. Vläicht erlaben se virtuell Realitéit endlech richteg Erfolleg ze erreechen. Wat "optesch Computeren" ugeet, sinn dat nach zimlech wäit a vague Perspektiven. Et kann awer näischt ausgeschloss ginn...
