Styr lys og nanopartikler for at vise forskellige billeder, og transmitter derefter andre data fra
Det vigtigste om det nye arbejde af videnskabsmænd
For at forstå præcis, hvad forskerne gjorde, tænk på et vindue. Der er et billede indgraveret på den ene side af det, men på den anden side er billedet et helt andet.
Dette kan virke umuligt, men faktiskdisse er resultaterne opnået af forskere fra National University i Australien (ANU). Holdet har udviklet små, gennemsigtige nanopartikler, der viser to forskellige billeder, når de ses fra forskellige vinkler.
Under et af eksperimenterne lavede videnskabsmænd et dias, der samtidig afbildede det australske kontinent og Sydney Opera House.
Et dias, der viser to billeder på samme tid
Det felt, som videnskabsmænd studerer, kaldesikke-lineær optik. Opdagelser på dette område kunne bruges til at forbedre fotonisk databehandling, som er databehandling, der bruger synligt eller infrarødt lys frem for strøm til at transmittere data.
Hvordan virker det?
Typisk rejser lyset den samme vej gennem det samme materiale, såsom glas eller vand.
Forskerne besluttede at vende denne proces oghar udviklet bittesmå glas, der er belagt med nanopartikler i form af cylindre. For at få en fornemmelse af skalaen, forestil dig, at 12.000 af disse partikler kunne passe i tværsnittet af et menneskehår.
Disse nanopartikler styrede lysstrømmen, ligesom vejskilte, der giver retning til trafikken, forklarer fysiker Sergey Kruk.
Skematisk fremstilling af, hvordan lys bevæger sig
"Vi var i stand til at introducere asymmetri i den måde, lys forplanter sig på. Så når det forplanter sig frem/tilbage, får vi helt andre resultater,” sagde han.
Forfatterne af værket kalder disse "vejskilte" for ikke-lineære dielektriske resonatorer.
De cylinderformede nanopartikler blev lavet af to lag silicium og siliciumnitrid. Hvert lag havde et forskelligt brydningsindeks. Det betyder, at lyset passerede forskelligt gennem hvert medie.
Nanopartikler kan placeres, så deglødede eller var mørke, når lyset passerer gennem dem fremad eller bagud. Det er som små pixels, der enten lyser eller ikke lyser. Forfatterne lavede et mønster ud af dem, som tilsammen lignede et enkelt billede.
"Normalt består billeder af individuelle pixels. Og vi kan samle disse pixels i ethvert mønster, du kan lide," sagde Crook.
Benjamin Eggleton, direktør for instituttetNanoteknologi i Sydney, kaldte denne undersøgelse et stort resultat. Dette, siger han, er vigtig fysik, der kan bruges i forskellige applikationer. Den mest oplagte anvendelse, siger han, er i nanofotoniske komponenter til computere.
Nøgleelement af elektronisk computing og kompleksmikrochip arkitektur - diode. Den tillader kun at strømme i én retning. I fotonik eller lysbaseret databehandling bruges en isolator i stedet for en diode.
Ifølge professor Eggleton er nutidens isolatorer meget omfangsrige og svære at fremstille, men ANU-forskernes arbejde kan føre til små og enkle design.
Fotoniske kredsløb eller optisk databehandlingkaldet fremtiden for computere. De kan gøres mindre end elektroniske, og de kører også ved højere hastigheder, bruger mindre strøm og genererer mindre varme.
Mange globale kvantecomputervirksomheder er afhængige af fotoniske kredsløb, bemærker Eggleton.
Hvad med internettet?
Der er også en opfattelse af, at ny teknologi vil hjælpegør internettet hurtigere og billigere. Dr. Lei Wang fra Southeast University i Kina sagde: "Selvom formålet med disse billeder hovedsageligt er kunstneriske, demonstrerer de potentialet i denne nye teknologi.
"I applikationer fra den virkelige verden kan disse nanopartikler samles til komplekse systemer, der effektivt vil kontrollere lysstrømmen - for eksempel i den næste generation af kommunikationsinfrastruktur."
Ifølge Dr. Crook, evnenStyring af lysstrømmen på nanoskalaen sikrer, at lys "vil gå, hvor det skal gå, og vil ikke gå, hvor det ikke skal gå." Dette kan skabe en hurtigere internetforbindelse, der kræver mindre elektricitet for at fungere, bemærker holdet.
For eksempel skabte forskere i 2020 en fotonet skema, der transmitterer 44,2 terabit data i sekundet over en optisk fiber over en afstand på 76 km. Dette er cirka 1 million gange hurtigere end den gennemsnitlige downloadhastighed for bredbånd.
Crook mener, at fysikere i dag kun er begyndt at forstå, hvordan intenst lys påvirker strukturen af materialer på nanoskala.
"I dag er forskere blevet utroligt succesrige med at styreelektrisk strøm, men vi ved stadig lidt om at kontrollere lysstråler. Denne forskning kan være det første vigtige skridt i retning af at skabe en kompleks enhed til at kontrollere bevægelsen af lysstråler. Dette svarer til enheder i midten af det 20. århundrede, der styrede bevægelsen af elektriske strømme,” konkluderede Crook.
Læs mere:
Den unge stjerne "gemte" noget, der ændrede videnskabsmænds syn på universet. Det vigtigste
To planeter fundet ikke langt fra Jorden, der minder meget om vores
Fysikere har skabt en atomlaser, der kan arbejde for evigt