新型超材料：光受控

關於「超材料」的大量報導（用引號引起來是因為定義開始模糊）使我們認為它們幾乎是解決現代技術世界面臨的所有問題、痛苦和限制的靈丹妙藥。 最近最有趣的概念涉及光學運算和虛擬實境。

在一個（戀愛）關係中 假設的未來計算機例如，以色列特拉維夫 TAU 大學的專家進行的研究。 他們正在設計多層奈米材料，以實現光學電腦的創建。 反過來，瑞士保羅謝勒研究所的研究人員用十億個微型​​磁鐵建造了一種三相物質，能夠 模擬三種聚合狀態，以水類比。

這能用來做什麼？ 以色列人想要建造。 瑞士人通常談論資料傳輸和記錄以及自旋電子學。

由微型磁鐵製成的三相超材料，模擬水的三種狀態。

根據要求提供光子

能源部勞倫斯伯克利國家實驗室科學家的研究可能會促進基於超材料的光學計算機的發展。 他們建議創建一種雷射框架，可以將特定的原子包捕獲在特定的位置，從而創建一個嚴格設計、控制的框架。 基於光的結構。 它類似於天然水晶。 有一個區別 - 它幾乎是完美的；在天然材料中沒有觀察到任何缺陷。

科學家相信，他們不僅能夠嚴格控制「光晶體」中原子團的位置，而且還能夠使用另一種雷射（近紅外線）積極影響單個原子的行為。 例如，它們將迫使它們按需發射一定的能量——即使是單個光子，如果從晶體中的一個位置移走，就會影響被困在另一個位置的原子。 這將是一種簡單的資訊交換。

以受控方式快速釋放光子並將其以低損耗從一個原子轉移到另一個原子的能力是量子計算的重要資訊處理步驟。 人們可以想像使用整個受控光子陣列來執行非常複雜的計算 - 比使用現代電腦快得多。 嵌入人造晶體中的原子也可以從一個地方跳到另一個地方。 在這種情況下，它們本身將成為量子電腦中的資訊載體，或者可以創建量子感測器。

科學家發現銣原子非常適合其用途。 然而，鋇、鈣或銫原子也可以被人造雷射晶體捕獲，因為它們具有相似的能階。 為了在真實的實驗中製造所提出的超材料，研究小組必須將幾個原子捕獲在人造晶格中，並且即使在激發到更高能態時也將它們保留在那裡。

無光學缺陷的虛擬現實

超材料還可以在另一個發展中的技術領域找到有用的應用——。 虛擬實境有許多不同的限制。 我們已知的光學缺陷起著重要作用。 建立一個完美的光學系統幾乎是不可能的，因為總是存在所謂的像差，即各種因素造成的波形畸變。 我們知道球差和色差、散光、慧差以及光學的許多其他不利影響。 任何使用過虛擬實境設備的人都可能遇到過這些現象。 設計出重量輕、產生高品質影像、沒有可見彩虹（色差）、具有大視野且便宜的 VR 光學元件是不可能的。 這簡直是不真實的。

這就是 VR 設備製造商 Oculus 和 HTC 使用所謂菲涅耳透鏡的原因。 這使您能夠顯著減輕重量，消除色差並獲得相對較低的價格（生產此類鏡頭的材料很便宜）。 不幸的是，光折射環會導致 w 菲涅耳透鏡 對比度顯著下降並產生離心發光，這在場景具有高對比度（黑色背景）時尤其明顯。

然而，最近由費德里科·卡帕索（Federico Capasso）領導的哈佛大學科學家成功開發出 使用超材料的薄而平的透鏡。 玻璃上的奈米結構層比人的頭髮還薄（0,002 毫米）。 它不僅沒有典型的缺點，而且還提供比昂貴的光學系統更好的影像品質。

卡帕索透鏡與彎曲和散射光的典型凸透鏡不同，由於沉積在石英玻璃上的表面突出的微觀結構而改變了光波的特性。 每個這樣的突起都會以不同的方式折射光線，從而改變其方向。 因此，正確分佈這種在電腦上設計並使用類似於電腦處理器的方法生產的奈米結構（圖案）非常重要。 這意味著這種類型的鏡片可以在與以前相同的工廠中使用已知的製程來生產。 二氧化鈦用於噴塗。

值得一提的是「元光學」的另一個創新解決方案。 超材質超透鏡，在布法羅美國大學製作。 第一個版本的超級透鏡由銀和介電材料製成，但它們只能在非常窄的波長範圍內工作。 布法羅科學家在熱塑性外殼中使用了同心排列的金棒。 它在可見光波長範圍內工作。 研究人員以醫用內視鏡為例，說明了新解決方案帶來的解析度提升。 它通常可以識別高達 10 奈米的物體，安裝超透鏡後，它的識別範圍「下降」到 250 奈米。 該設計克服了衍射問題，這種現象會顯著降低光學系統的分辨率，而是將其轉換為可以在後續光學設備中記錄的波，而不是波畸變。

根據《自然通訊》雜誌報導，這種方法可用於許多領域，從醫學到單一分子的觀察。 等待基於超材料的特定裝置是合適的。 也許他們會讓虛擬實境最終獲得真正的成功。 至於“光學計算機”，這些仍然是相當遙遠和模糊的前景。 然而，一切都不能排除…