Контролирайте светлината и наночастиците, за да показвате различни картини и след това да предавате други данни
Основното за новата работа на учените
За да разберете какво точно са направили изследователите, помислете за прозорец. От едната му страна има гравирано изображение, но от другата страна картината е съвсем различна.
Това може да изглежда невъзможно, но всъщносттова са резултатите, получени от учени от Националния университет в Австралия (ANU). Екипът е разработил малки, полупрозрачни наночастици, които показват две различни изображения, когато се гледат от различни ъгли.
По време на един от експериментите учените направиха слайд, който изобразява едновременно австралийския континент и Операта в Сидни.
Слайд, който показва две снимки едновременно
Областта, която учените изучават, се наричанелинейна оптика. Откритията в тази област могат да се използват за подобряване на фотонните изчисления, които използват видима или инфрачервена светлина вместо ток за предаване на данни.
Как работи?
Обикновено светлината се движи по същия начин през един и същи материал, като стъкло или вода.
Изследователите решават да обърнат този процес иса разработили малки стъкла, които са покрити с наночастици под формата на цилиндри. За да получите представа за мащаба, представете си, че 12 000 от тези частици могат да се поберат в напречното сечение на човешки косъм.
Тези наночастици контролират потока от светлина, подобно на пътните знаци, които дават посока на движението, обяснява физикът Сергей Крук.
Схематично представяне на движението на светлината
„Успяхме да въведем асиметрия в начина, по който се разпространява светлината. Така че, когато се разпространява напред/назад, получаваме напълно различни резултати“, каза той.
Авторите на работата наричат тези "пътни знаци" нелинейни диелектрични резонатори.
Наночастиците с цилиндрична форма са направени от два слоя силиций и силициев нитрид. Всеки слой имаше различен индекс на пречупване. Това означава, че светлината преминава през всяка среда по различен начин.
Наночастиците могат да бъдат поставени така, че тесветят или са тъмни, когато светлината преминава през тях напред или назад. Това е като малки пиксели, които или светят, или не светят. Авторите направиха модел от тях, които заедно изглеждаха като една картина.
„Обикновено изображенията са съставени от отделни пиксели. И ние можем да сглобим тези пиксели във всякакви модели, които желаете“, каза Крук.
Бенджамин Егълтън, директор на институтаНанотехнологиите в Сидни нарекоха това изследване основен резултат. Това, казва той, е важна физика, която може да се използва в различни приложения. Най-очевидното приложение, казва той, е в нанофотонните компоненти за изчисления.
Ключов елемент на електронното изчисление и комплексмикрочипова архитектура - диод. Той позволява на тока да тече само в една посока. Във фотониката или изчисленията, базирани на светлина, се използва изолатор вместо диод.
Според професор Егълтън днешните изолатори са много обемисти и трудни за производство, но работата на учените от ANU може да доведе до малки и прости конструкции.
Фотонни вериги или оптични изчислениянаречено бъдещето на компютрите. Те могат да бъдат направени по-малки от електронните и също така работят с по-високи скорости, използват по-малко енергия и генерират по-малко топлина.
Много глобални компании за квантови изчисления разчитат на фотонни вериги, отбелязва Егълтън.
Ами интернет?
Има и мнение, че новите технологии ще помогнатнаправи интернет по-бърз и по-евтин. Д-р Лей Уанг от Югоизточния университет в Китай каза: „Въпреки че целта на тези изображения е предимно художествена, те демонстрират потенциала на тази нова технология.
„В приложения в реалния свят тези наночастици могат да бъдат сглобени в сложни системи, които ефективно ще контролират потока от светлина – например в следващото поколение комуникационна инфраструктура.“
Според д-р Крук способносттаКонтролирането на потока от светлина в наномащаба гарантира, че светлината „ще отиде там, където трябва да отиде, и няма да отиде там, където не трябва да отиде“. Това може да създаде по-бърза интернет връзка, която изисква по-малко електричество за работа, отбелязва екипът.
Например през 2020 г. учените създадоха фотонсхема, която предава 44,2 терабита данни в секунда по оптично влакно на разстояние от 76 км. Това е приблизително 1 милион пъти по-бързо от средните скорости на широколентово изтегляне.
Крук смята, че физиците днес едва са започнали да разбират как интензивната светлина влияе върху структурата на материалите в наномащаба.
„Днес учените са постигнали невероятен успех в управлениетоелектрически ток, но все още знаем малко за контролирането на светлинните лъчи. Това изследване може да е първата важна стъпка към създаването на сложно устройство за контролиране на движението на светлинните лъчи. Това е подобно на устройствата от средата на 20-ти век, които контролираха движението на електрически токове“, заключи Крук.
Прочетете още:
Младата звезда „скри“ нещо, което промени мнението на учените за Вселената. Основното нещо
Две планети, открити недалеч от Земята, много приличат на нашата
Физиците създадоха атомен лазер, който може да работи вечно