新しいメタマテリアル: 制御される光
「メタマテリアル」に関する多くのレポート（定義があいまいになり始めているため、引用符で囲みました）は、それらが現代のテクノロジーの世界が直面しているすべての問題、苦痛、制限に対するほぼ万能薬であると考えさせます。 最近最も興味深い概念は、光学コンピューターと仮想現実に関するものです。
交際中 仮想の未来のコンピューター一例として、テルアビブにあるイスラエルの TAU 大学の専門家の研究を挙げることができます。 彼らは、光コンピューターの作成に使用される多層ナノマテリアルを設計しています。 次に、スイスのポール・シェラー研究所の研究者たちは、XNUMX億個の小型磁石から三相物質を構築しました。 XNUMX つの集約状態をシミュレートする、水に例えると。
何に使えますか? イスラエル人は建設したいと考えています。 スイス人はデータの送信と記録、さらにはスピントロニクス全般について話します。
水の XNUMX つの状態を模倣する、ミニ磁石で作られた XNUMX 相メタマテリアル。
オンデマンドのフォトン
エネルギー省ローレンス・バークレー国立研究所の科学者らによる研究は、メタマテリアルに基づく光コンピューターの開発につながる可能性がある。 彼らは、特定の場所で特定の原子パッケージを捕捉できる一種のレーザーフレームワークを作成し、厳密に設計され、制御されたレーザーフレームワークを作成することを提案しています。 光ベースの構造。 天然の水晶に似ています。 唯一の違いは、ほぼ完璧であり、天然素材には欠陥が観察されません。
科学者らは、「光の結晶」内の原子グループの位置を厳密に制御できるだけでなく、別のレーザー（近赤外線範囲）を使用して個々の原子の挙動に積極的に影響を与えることができると考えています。 たとえば、オンデマンドで特定のエネルギーを放出させることができます。たとえ単一の光子であっても、結晶内のある場所から取り除かれると、別の場所に閉じ込められた原子に作用する可能性があります。 簡単な情報交換のようなものになります。
制御された方法で光子を迅速に放出し、ほとんど損失なく原子間で光子を転送する能力は、量子コンピューティングにとって重要な情報処理ステップです。 制御された光子の配列全体を使用して、現代のコンピューターを使用するよりもはるかに高速に、非常に複雑な計算を実行することを想像できます。 人工結晶に埋め込まれた原子も、ある場所から別の場所にジャンプする可能性があります。 この場合、それら自体が量子コンピューターの情報媒体になるか、量子センサーを作成することができます。
科学者たちは、ルビジウム原子がその目的に最適であることを発見しました。 ただし、バリウム、カルシウム、セシウム原子も同様のエネルギーレベルを持つため、人工レーザー結晶で捕捉することができます。 提案されているメタマテリアルを実際の実験にするには、研究チームは人工結晶格子内にいくつかの原子を捕捉し、より高いエネルギー状態に励起されたときでも原子をそこに保持する必要がある。
光学的欠陥のない仮想現実
メタマテリアルは、別の発展途上の技術分野で有用な用途を見つけることができるかもしれません。 仮想現実にはさまざまな制限があります。 私たちに知られている光学系の不完全性が重要な役割を果たしています。 いわゆる収差が常に存在するため、完璧な光学システムを構築することは事実上不可能です。 さまざまな要因によって引き起こされる電波の歪み。 私たちは、球面収差、色収差、非点収差、コマ収差、その他多くの光学系の悪影響を認識しています。 仮想現実セットを使用したことのある人なら誰でも、これらの現象に対処したことがあるはずです。 軽量で、高品質の画像を生成し、目に見える虹 (色収差) がなく、広い視野が得られ、安価な VR 光学系を設計することは不可能です。 これはまさに非現実的です。
そのため、VR 機器メーカーの Oculus と HTC は、フレネル レンズと呼ばれるものを使用します。 これにより、重量が大幅に軽減され、色収差がなくなり、比較的低価格で入手できます（このようなレンズの製造に使用される材料は安価です）。 残念ながら、屈折環は次のような原因を引き起こします。 フレネルレンズ コントラストが大幅に低下し、遠心光が発生します。これは、シーンのコントラストが高い (背景が黒い) 場合に特に顕著です。
しかし、最近、フェデリコ・カパッソ率いるハーバード大学の科学者たちが開発に成功しました。 メタマテリアルを使用した薄くて平らなレンズ。 ガラス上のナノ構造層は人間の髪の毛よりも薄い（0,002 mm）。 典型的な欠点がないだけでなく、高価な光学システムよりもはるかに優れた画質を提供します。
カパッソ レンズは、光を曲げて散乱させる一般的な凸レンズとは異なり、石英ガラスに蒸着された表面から突き出た微細な構造により光波の特性を変化させます。 このような棚はそれぞれ光の屈折が異なり、方向が変わります。 したがって、コンピュータで設計され、コンピュータプロセッサと同様の方法を使用して製造されるそのようなナノ構造（パターン）を正確に分布させることが重要である。 これは、このタイプのレンズを、既知の製造プロセスを使用して、以前と同じ工場で製造できることを意味します。 二酸化チタンはスパッタリングに使用されます。
「メタ光学」というもう XNUMX つの革新的なソリューションについても言及する価値があります。 メタマテリアルハイパーレンズバッファローのアメリカン大学で取得。 ハイパーレンズの最初のバージョンは銀と誘電体材料で作られていましたが、非常に狭い範囲の波長でのみ機能しました。 バッファローの科学者らは、熱可塑性プラスチックのケース内に金の棒を同心円状に配置したものを使用しました。 可視光の波長範囲で動作します。 研究者らは、医療用内視鏡を例として、新しいソリューションによる解像度の向上を説明しています。 通常、最大10ナノメートルの物体を認識しますが、ハイパーレンズを取り付けた後は、250ナノメートルまで「低下」します。 この設計は、光学システムの解像度を大幅に低下させる現象である回折の問題を克服します。波の歪みの代わりに、後続の光学デバイスで記録できる波に変換されます。
Nature Communications の出版物によると、この方法は医学から単一分子の観察に至るまで、多くの分野で使用できるとのことです。 メタマテリアルに基づく具体的なデバイスを待つのが適切である。 おそらく、仮想現実が最終的に本当の成功を収めることができるようになるでしょう。 「光コンピュータ」に関しては、まだかなり遠く、漠然とした見通しです。 ただし、何も除外することはできません...
