नई मेटामटेरियल्स: नियंत्रण में प्रकाश

"मेटामटेरियल्स" (उद्धरण चिह्नों में, क्योंकि परिभाषा धुंधली होने लगी है) के बारे में बहुत सारी रिपोर्टें हमें उन सभी समस्याओं, दर्दों और सीमाओं के लिए लगभग रामबाण के रूप में सोचने पर मजबूर करती हैं जिनका सामना प्रौद्योगिकी की आधुनिक दुनिया करती है। हाल ही में सबसे दिलचस्प अवधारणाएँ ऑप्टिकल कंप्यूटर और आभासी वास्तविकता से संबंधित हैं।

के संबंध में भविष्य के काल्पनिक कंप्यूटरउदाहरण के तौर पर, तेल अवीव में इज़राइली टीएयू विश्वविद्यालय के विशेषज्ञों के शोध का हवाला दिया जा सकता है। वे बहुपरत नैनोमटेरियल डिज़ाइन कर रहे हैं जिनका उपयोग ऑप्टिकल कंप्यूटर बनाने के लिए किया जाना चाहिए। बदले में, स्विस पॉल शेरर इंस्टीट्यूट के शोधकर्ताओं ने एक अरब लघु चुम्बकों से तीन-चरण वाला पदार्थ बनाया जो सक्षम है तीन समग्र अवस्थाओं का अनुकरण करें, पानी के सादृश्य से।

इसका उपयोग किस लिए किया जा सकता है? इजरायली निर्माण करना चाहते हैं। स्विस डेटा ट्रांसमिशन और रिकॉर्डिंग के साथ-साथ सामान्य रूप से स्पिंट्रोनिक्स के बारे में बात करते हैं।

मिनीमैग्नेट से बना तीन-चरण मेटामटेरियल जो पानी की तीन अवस्थाओं की नकल करता है।

मांग पर फोटॉन

ऊर्जा विभाग में लॉरेंस बर्कले राष्ट्रीय प्रयोगशाला के वैज्ञानिकों के शोध से मेटामटेरियल्स पर आधारित ऑप्टिकल कंप्यूटर का विकास हो सकता है। वे एक प्रकार का लेज़र ढाँचा बनाने का प्रस्ताव करते हैं जो एक निश्चित स्थान पर परमाणुओं के कुछ पैकेजों को पकड़ सके, जिससे एक कड़ाई से डिज़ाइन किया गया, नियंत्रित किया जा सके। प्रकाश आधारित संरचना. यह प्राकृतिक क्रिस्टल जैसा दिखता है। एक अंतर के साथ - यह लगभग पूर्ण है, प्राकृतिक सामग्रियों में कोई दोष नहीं देखा जाता है।

वैज्ञानिकों का मानना ​​है कि वे न केवल अपने "प्रकाश क्रिस्टल" में परमाणुओं के समूहों की स्थिति को कसकर नियंत्रित करने में सक्षम होंगे, बल्कि एक अन्य लेजर (इन्फ्रारेड रेंज के पास) का उपयोग करके व्यक्तिगत परमाणुओं के व्यवहार को भी सक्रिय रूप से प्रभावित करेंगे। वे उन्हें बनाएंगे, उदाहरण के लिए, मांग पर एक निश्चित ऊर्जा का उत्सर्जन करते हैं - यहां तक ​​​​कि एक फोटॉन भी, जो क्रिस्टल में एक स्थान से हटाए जाने पर दूसरे में फंसे परमाणु को प्रभावित कर सकता है। यह एक तरह से सूचनाओं का सरल आदान-प्रदान होगा।

एक फोटॉन को नियंत्रित तरीके से जल्दी से छोड़ने और इसे एक परमाणु से दूसरे परमाणु में कम नुकसान के साथ स्थानांतरित करने की क्षमता क्वांटम कंप्यूटिंग के लिए एक महत्वपूर्ण सूचना प्रसंस्करण कदम है। कोई बहुत जटिल गणना करने के लिए नियंत्रित फोटॉन की संपूर्ण श्रृंखला का उपयोग करने की कल्पना कर सकता है - आधुनिक कंप्यूटर का उपयोग करने की तुलना में बहुत तेज़। कृत्रिम क्रिस्टल में जड़े परमाणु भी एक स्थान से दूसरे स्थान पर छलांग लगा सकते हैं। इस मामले में, वे स्वयं क्वांटम कंप्यूटर में सूचना वाहक बन जाएंगे या क्वांटम सेंसर बना सकते हैं।

वैज्ञानिकों ने पाया है कि रुबिडियम परमाणु अपने उद्देश्यों के लिए आदर्श हैं। हालाँकि, बेरियम, कैल्शियम या सीज़ियम परमाणुओं को कृत्रिम लेजर क्रिस्टल द्वारा भी पकड़ा जा सकता है क्योंकि उनमें ऊर्जा का स्तर समान होता है। प्रस्तावित मेटामटेरियल को वास्तविक प्रयोग में बनाने के लिए, अनुसंधान टीम को एक कृत्रिम क्रिस्टल जाली में कुछ परमाणुओं को पकड़ना होगा और उच्च ऊर्जा अवस्था में उत्तेजित होने पर भी उन्हें वहीं रखना होगा।

ऑप्टिकल दोषों के बिना आभासी वास्तविकता

मेटामटेरियल्स को प्रौद्योगिकी के किसी अन्य विकासशील क्षेत्र में उपयोगी अनुप्रयोग मिल सकते हैं -। आभासी वास्तविकता की कई अलग-अलग सीमाएँ हैं। हमें ज्ञात प्रकाशिकी की खामियाँ एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाती हैं। एक आदर्श ऑप्टिकल सिस्टम बनाना व्यावहारिक रूप से असंभव है, क्योंकि इसमें हमेशा तथाकथित विपथन होते हैं, अर्थात। विभिन्न कारकों के कारण होने वाली तरंग विकृति। हम गोलाकार और रंगीन विपथन, दृष्टिवैषम्य, कोमा और प्रकाशिकी के कई अन्य प्रतिकूल प्रभावों से अवगत हैं। जिस किसी ने भी आभासी वास्तविकता सेट का उपयोग किया है, उसने इन घटनाओं से अवश्य निपटा है। वीआर ऑप्टिक्स को डिज़ाइन करना असंभव है जो हल्के हों, उच्च गुणवत्ता वाली छवियां उत्पन्न करें, जिनमें कोई दृश्यमान इंद्रधनुष (रंगीन विपथन) न हो, देखने का एक बड़ा क्षेत्र दें और सस्ते हों। यह बिलकुल अवास्तविक है.

यही कारण है कि वीआर उपकरण निर्माता ओकुलस और एचटीसी फ्रेस्नेल लेंस कहलाते हैं। यह आपको काफी कम वजन प्राप्त करने, रंगीन विपथन को खत्म करने और अपेक्षाकृत कम कीमत प्राप्त करने की अनुमति देता है (ऐसे लेंस के उत्पादन के लिए सामग्री सस्ती है)। दुर्भाग्यवश, अपवर्तक वलय w का कारण बनते हैं फ़्रेज़नेल लेंस कंट्रास्ट में एक महत्वपूर्ण गिरावट और एक केन्द्रापसारक चमक का निर्माण, जो विशेष रूप से ध्यान देने योग्य है जहां दृश्य में उच्च कंट्रास्ट (काली पृष्ठभूमि) है।

हालाँकि, हाल ही में फेडरिको कैपासो के नेतृत्व में हार्वर्ड विश्वविद्यालय के वैज्ञानिक इसे विकसित करने में कामयाब रहे मेटामटेरियल्स का उपयोग करके पतला और सपाट लेंस. कांच पर नैनोस्ट्रक्चर परत मानव बाल (0,002 मिमी) से भी पतली है। न केवल इसमें सामान्य कमियां नहीं हैं, बल्कि यह महंगे ऑप्टिकल सिस्टम की तुलना में बहुत बेहतर छवि गुणवत्ता भी प्रदान करता है।

कैपासो लेंस, प्रकाश को मोड़ने और बिखेरने वाले विशिष्ट उत्तल लेंस के विपरीत, क्वार्ट्ज ग्लास पर जमा सतह से उभरी सूक्ष्म संरचनाओं के कारण प्रकाश तरंग के गुणों को बदल देता है। ऐसा प्रत्येक किनारा प्रकाश को अलग ढंग से अपवर्तित करता है, उसकी दिशा बदलता है। इसलिए, ऐसे नैनोस्ट्रक्चर (पैटर्न) को ठीक से वितरित करना महत्वपूर्ण है जो कंप्यूटर-डिज़ाइन किया गया हो और कंप्यूटर प्रोसेसर के समान तरीकों का उपयोग करके निर्मित किया गया हो। इसका मतलब यह है कि इस प्रकार के लेंस का उत्पादन ज्ञात विनिर्माण प्रक्रियाओं का उपयोग करके पहले की तरह उन्हीं कारखानों में किया जा सकता है। टाइटेनियम डाइऑक्साइड का उपयोग स्पटरिंग के लिए किया जाता है।

यह "मेटा-ऑप्टिक्स" के एक और अभिनव समाधान का उल्लेख करने योग्य है। मेटामटेरियल हाइपरलेंसबफ़ेलो में अमेरिकी विश्वविद्यालय में लिया गया। हाइपरलेंस के पहले संस्करण चांदी और एक ढांकता हुआ सामग्री से बने थे, लेकिन वे केवल तरंग दैर्ध्य की एक बहुत ही संकीर्ण सीमा में काम करते थे। बफ़ेलो वैज्ञानिकों ने थर्मोप्लास्टिक केस में सोने की छड़ों की एक संकेंद्रित व्यवस्था का उपयोग किया। यह दृश्य प्रकाश तरंग दैर्ध्य रेंज में काम करता है। शोधकर्ता एक उदाहरण के रूप में मेडिकल एंडोस्कोप का उपयोग करके नए समाधान के परिणामस्वरूप रिज़ॉल्यूशन में वृद्धि का वर्णन करते हैं। यह आमतौर पर 10 नैनोमीटर तक की वस्तुओं को पहचानता है, और हाइपरलेंस स्थापित करने के बाद, यह 250 नैनोमीटर तक "गिर" जाता है। डिज़ाइन विवर्तन की समस्या पर काबू पाता है, एक ऐसी घटना जो ऑप्टिकल सिस्टम के रिज़ॉल्यूशन को काफी कम कर देती है - तरंग विकृतियों के बजाय, उन्हें तरंगों में परिवर्तित कर दिया जाता है जिन्हें बाद के ऑप्टिकल उपकरणों में रिकॉर्ड किया जा सकता है।

नेचर कम्युनिकेशंस के एक प्रकाशन के अनुसार, इस पद्धति का उपयोग चिकित्सा से लेकर एकल अणु अवलोकन तक कई क्षेत्रों में किया जा सकता है। मेटामटेरियल्स पर आधारित ठोस उपकरणों की प्रतीक्षा करना उचित है। शायद वे आभासी वास्तविकता को अंततः वास्तविक सफलता प्राप्त करने की अनुमति देंगे। जहाँ तक "ऑप्टिकल कंप्यूटर" का सवाल है, ये अभी भी काफी दूर और अस्पष्ट संभावनाएँ हैं। हालाँकि, किसी भी बात से इंकार नहीं किया जा सकता...