التحكم في الضوء والجسيمات النانوية لإظهار صور مختلفة، ومن ثم نقل البيانات الأخرى منها
الشيء الرئيسي في العمل الجديد للعلماء
لفهم ما فعله الباحثون بالضبط، فكر في النافذة. هناك صورة محفورة على جانب واحد منها، ولكن على الجانب الآخر الصورة مختلفة تماما.
قد يبدو هذا مستحيلًا ، لكن في الواقع ،هذه هي النتائج التي حصل عليها علماء من الجامعة الوطنية في أستراليا (ANU). طور الفريق جسيمات نانوية صغيرة وشفافة تظهر صورتين مختلفتين عند النظر إليها من زوايا مختلفة.
خلال إحدى التجارب، قام العلماء بعمل شريحة تصور في نفس الوقت القارة الأسترالية ودار أوبرا سيدني.
شريحة تعرض صورتين في نفس الوقت
المجال الذي يدرسه العلماء يسمىالبصريات غير الخطية. يمكن استخدام الاكتشافات في هذا المجال لتحسين الحوسبة الضوئية، وهي الحوسبة التي تستخدم الضوء المرئي أو الأشعة تحت الحمراء بدلا من التيار لنقل البيانات.
كيف يعمل؟
عادةً، ينتقل الضوء بنفس الطريقة عبر نفس المادة، مثل الزجاج أو الماء.
قرر الباحثون عكس هذه العملية وطوروا نظارات صغيرة مغطاة بجسيمات نانوية على شكل اسطوانات. لفهم الحجم ، تخيل أن 12000 من هذه الجزيئات يمكن أن تتناسب مع المقطع العرضي لشعر الإنسان.
تتحكم هذه الجسيمات النانوية في تدفق الضوء ، مثل إشارات الطرق التي تعطي اتجاهًا لحركة المرور ، كما يوضح الفيزيائي سيرجي كروك.
تمثيل تخطيطي لكيفية انتقال الضوء
"لقد تمكنا من إدخال عدم تناسق في طريقة انتشار الضوء. لذلك عندما ينتشر للأمام / للخلف ، نحصل على نتائج مختلفة تمامًا.
يطلق مؤلفو العمل على هذه "إشارات الطريق" رنانات عازلة غير خطية.
تم تصنيع الجسيمات النانوية ذات الشكل الأسطواني من طبقتين من السيليكون ونيتريد السيليكون. كان لكل طبقة معامل انكسار مختلف. وهذا يعني أن الضوء يمر عبر كل وسط بشكل مختلف.
يمكن وضع الجسيمات النانوية بحيثتوهج أو كان مظلمًا عندما يمر الضوء من خلالها للأمام أو للخلف. إنها مثل وحدات البكسل الصغيرة التي تضيء أو لا تضيء. قام المؤلفون بعمل نمط منهم ، والذي بدا معًا وكأنه صورة واحدة.
"عادةً ما تتكون الصور من وحدات بكسل فردية. وقال كروك: "ويمكننا تجميع وحدات البكسل في أي أنماط تريدها".
بنجامين إغلتون ، مدير المعهدوصفت تقنية النانو في سيدني هذه الدراسة بأنها نتيجة رئيسية. هذا ، كما يقول ، فيزياء مهمة يمكن استخدامها في تطبيقات مختلفة. ويقول إن التطبيق الأكثر وضوحًا هو المكونات الفوتونية النانوية للحوسبة.
عنصر أساسي في الحوسبة الإلكترونية والمعقدةمعمارية الرقائق الدقيقة - الصمام الثنائي. يسمح للتيار بالتدفق في اتجاه واحد فقط. في الضوئيات أو الحوسبة القائمة على الضوء ، يتم استخدام عازل بدلاً من الصمام الثنائي.
وفقًا للبروفيسور إيجلتون، فإن العوازل الحالية ضخمة جدًا ويصعب تصنيعها، لكن عمل علماء الجامعة الوطنية الأسترالية يمكن أن يؤدي إلى تصميمات صغيرة وبسيطة.
الدوائر الضوئية أو الحوسبة الضوئيةيسمى مستقبل الحوسبة. يمكن جعلها أصغر من تلك الإلكترونية ، كما أنها تعمل بسرعات أعلى ، وتستخدم طاقة أقل ، وتولد حرارة أقل.
يلاحظ إيجلتون أن العديد من شركات الحوسبة الكمومية العالمية تعتمد على الدوائر الضوئية.
ماذا عن الإنترنت؟
هناك أيضًا رأي مفاده أن التكنولوجيا الجديدة ستساعدجعل الإنترنت أسرع وأرخص. وقال الدكتور لي وانغ من جامعة جنوب شرق الصين: “على الرغم من أن الغرض من هذه الصور هو فني في المقام الأول، إلا أنها تظهر إمكانات هذه التكنولوجيا الجديدة.
"في تطبيقات العالم الحقيقي ، يمكن تجميع هذه الجسيمات النانوية في أنظمة معقدة من شأنها التحكم بشكل فعال في تدفق الضوء - على سبيل المثال ، في الجيل التالي من البنية التحتية للاتصالات."
وفقا للدكتور كروك، القدرةإن التحكم في تدفق الضوء على المستوى النانوي يضمن أن الضوء "سيذهب إلى حيث من المفترض أن يذهب، ولا يذهب إلى حيث لا ينبغي له أن يذهب". ويشير الفريق إلى أن هذا يمكن أن يؤدي إلى إنشاء اتصال أسرع بالإنترنت يتطلب قدرًا أقل من الكهرباء لتشغيله.
على سبيل المثال، في عام 2020، أنشأ العلماء فوتونًاوهو مخطط ينقل 44.2 تيرابايت من البيانات في الثانية عبر ألياف ضوئية على مسافة 76 كيلومترًا. وهذا أسرع بحوالي مليون مرة من متوسط سرعات التنزيل ذات النطاق العريض.
يعتقد كروك أن علماء الفيزياء اليوم بدأوا فقط في فهم كيفية تأثير الضوء الشديد على بنية المواد على المقياس النانوي.
"اليوم، أصبح العلماء ناجحين بشكل لا يصدق في الإدارةالتيار الكهربائي، لكننا مازلنا لا نعرف سوى القليل عن التحكم في أشعة الضوء. قد يكون هذا البحث هو الخطوة الأولى المهمة نحو إنشاء جهاز معقد للتحكم في حركة أشعة الضوء. ويشبه هذا أجهزة منتصف القرن العشرين التي كانت تتحكم في حركة التيارات الكهربائية.
قراءة المزيد:
"أخفى" النجم الشاب شيئًا غيّر وجهة نظر العلماء حول الكون. الشيء الرئيسي
تم العثور على كواكب ليست بعيدة عن الأرض تشبه إلى حد بعيد كوكبنا
ابتكر الفيزيائيون ليزرًا ذريًا يمكنه العمل إلى الأبد