שליטה באור ובננו-חלקיקים כדי להציג תמונות שונות, ולאחר מכן להעביר מהם נתונים אחרים
העיקר על העבודה החדשה של מדענים
כדי להבין בדיוק מה עשו החוקרים, חשבו על חלון. יש תמונה חקוקה בצד אחד שלה, אבל בצד השני התמונה שונה לחלוטין.
זה אולי נראה בלתי אפשרי, אבל, למעשה,אלו הן התוצאות שהתקבלו על ידי מדענים מהאוניברסיטה הלאומית באוסטרליה (ANU). הצוות פיתח ננו-חלקיקים זעירים ושקופים המציגים שתי תמונות שונות כאשר צופים בזוויות שונות.
במהלך אחד הניסויים, מדענים הכינו שקופית שתיארה בו זמנית את יבשת אוסטרליה ואת בית האופרה של סידני.
שקופית המציגה שתי תמונות בו זמנית
התחום שמדענים חוקרים נקראאופטיקה לא ליניארית. ניתן להשתמש בתגליות בתחום זה כדי לשפר את המחשוב הפוטוני, שהוא מחשוב המשתמש באור נראה או אינפרא אדום ולא בזרם כדי להעביר נתונים.
איך זה עובד?
בדרך כלל, האור עובר באותה דרך דרך אותו חומר, כגון זכוכית או מים.
החוקרים החליטו להפוך את התהליך הזה ופיתחו כוסות זעירות המצופות בננו-חלקיקים בצורת גלילים. כדי לקבל תחושת קנה מידה, דמיינו ש-12,000 מהחלקיקים הללו יכולים להתאים בחתך רוחב של שערה אנושית.
הננו-חלקיקים האלה שלטו בזרימת האור, כמו תמרורים שנותנים כיוון לתנועה, מסביר הפיזיקאי סרגיי קרוק.
ייצוג סכמטי של איך האור נע
"הצלחנו להכניס אסימטריה לדרך בה האור מתפשט. אז כשהיא מתפשטת קדימה/אחורה, אנחנו מקבלים תוצאות שונות לגמרי", אמר.
מחברי העבודה מכנים "תמרורים" אלה מהודים דיאלקטריים לא ליניאריים.
הננו-חלקיקים בצורת גליל נוצרו משתי שכבות של סיליקון וסיליקון ניטריד. לכל שכבה היה מקדם שבירה שונה. המשמעות היא שהאור עבר דרך כל מדיום בצורה שונה.
ניתן למקם ננו-חלקיקים כך שהםזוהרו או היו כהים כאשר האור עובר דרכם קדימה או אחורה. זה כמו פיקסלים זעירים שאו נדלקים או לא נדלקים. המחברים הכינו מהם דפוס, שנראה ביחד כמו תמונה אחת.
"בדרך כלל, תמונות מורכבות מפיקסלים בודדים. ואנחנו יכולים להרכיב את הפיקסלים האלה לכל דפוס שתרצה", אמר קרוק.
בנג'מין אגלטון, מנהל המכוןננוטכנולוגיה בסידני, כינתה את המחקר הזה כתוצאה מרכזית. זוהי, לדבריו, פיזיקה חשובה שניתן להשתמש בה ביישומים שונים. היישום הברור ביותר, הוא אומר, הוא ברכיבים ננופוטוניים למחשוב.
מרכיב מרכזי של מחשוב אלקטרוני ומורכבארכיטקטורת מיקרו-שבב - דיודה. הוא מאפשר לזרם לזרום בכיוון אחד בלבד. בפוטוניקה או מחשוב מבוסס אור, נעשה שימוש במבודד במקום דיודה.
לדברי פרופסור אגלטון, המבודדים של היום הם מאוד מגושמים וקשים לייצור, אבל עבודתם של מדעני ANU עשויה להוביל לעיצובים קטנים ופשוטים.
מעגלים פוטוניים, או מחשוב אופטינקרא עתיד המחשוב. הם יכולים להיות קטנים יותר מאלה אלקטרוניים, והם גם פועלים במהירויות גבוהות יותר, צורכים פחות חשמל ומייצרים פחות חום.
חברות מחשוב קוונטי עולמיות רבות מסתמכות על מעגלים פוטוניים, מציין Eggleton.
מה עם האינטרנט?
יש גם דעה שטכנולוגיה חדשה תעזורלהפוך את האינטרנט למהיר וזול יותר. ד"ר ליי וואנג מאוניברסיטת דרום מזרח בסין אמר: "למרות שמטרת התמונות הללו היא בעיקר אמנותית, הן מדגימות את הפוטנציאל של הטכנולוגיה החדשה הזו.
"ביישומים בעולם האמיתי, ניתן להרכיב את הננו-חלקיקים הללו למערכות מורכבות אשר ישלטו ביעילות על זרימת האור - למשל, בדור הבא של תשתית תקשורת".
לפי ד"ר קרוק, היכולתשליטה בזרימת האור בקנה מידה ננו מבטיח שהאור "ילך לאן שהוא אמור ללכת ולא ילך לאן שהוא לא צריך ללכת". זה יכול ליצור חיבור אינטרנט מהיר יותר שדורש פחות חשמל כדי לפעול, מציינים בצוות.
לדוגמה, בשנת 2020, מדענים יצרו פוטוןתכנית שמעבירה 44.2 טרה-ביט של נתונים בשנייה על גבי סיב אופטי לאורך מרחק של 76 ק"מ. זה מהיר פי מיליון בערך ממהירויות הורדה ממוצעות בפס רחב.
קרוק מאמין שהפיזיקאים היום רק החלו להבין כיצד אור עז משפיע על מבנה החומרים בקנה מידה ננו.
"היום, מדענים נהיו מוצלחים להפליא בניהולזרם חשמלי, אבל אנחנו עדיין יודעים מעט על שליטה בקרני האור. מחקר זה עשוי להיות הצעד החשוב הראשון לקראת יצירת מכשיר מורכב לשליטה בתנועת קרני האור. זה דומה למכשירים של אמצע המאה ה-20 ששלטו בתנועת זרמים חשמליים", סיכם קרוק.
קרא עוד:
הכוכב הצעיר "הסתיר" משהו ששינה את השקפתם של מדענים על היקום. הדבר העיקרי
שני כוכבי לכת שנמצאו לא רחוק מכדור הארץ הדומים מאוד לשלנו
פיזיקאים יצרו לייזר אטומי שיכול לעבוד לנצח