อินเทอร์เน็ตเร็วขึ้นหลายเท่า: อนุภาคนาโนเริ่มควบคุมการไหลของแสงได้อย่างไร

ควบคุมแสงและอนุภาคนาโนเพื่อแสดงภาพต่างๆ แล้วส่งข้อมูลอื่นๆ มา

ความเร็วสูงพิเศษ - ผู้เขียนงานใหม่ทำทั้งหมดนี้ 

สิ่งสำคัญในงานใหม่ของนักวิทยาศาสตร์

เพื่อให้เข้าใจอย่างชัดเจนถึงสิ่งที่นักวิจัยทำ ให้คิดถึงหน้าต่าง ด้านหนึ่งมีภาพสลักอยู่ แต่อีกด้านเป็นภาพที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง

นี่อาจดูเหมือนเป็นไปไม่ได้ แต่ที่จริงแล้วเหล่านี้เป็นผลจากนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยแห่งชาติในออสเตรเลีย (ANU) ทีมงานได้พัฒนาอนุภาคนาโนขนาดเล็กโปร่งแสงที่แสดงภาพสองภาพที่แตกต่างกันเมื่อมองจากมุมที่ต่างกัน

ในระหว่างการทดลองครั้งหนึ่ง นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างสไลด์ที่แสดงให้เห็นทวีปออสเตรเลียและซิดนีย์โอเปร่าเฮาส์ไปพร้อมๆ กัน

สไลด์ที่แสดงภาพสองภาพพร้อมกัน

สาขาที่นักวิทยาศาสตร์ศึกษาเรียกว่าเลนส์ไม่เชิงเส้น การค้นพบในพื้นที่นี้สามารถนำไปใช้เพื่อปรับปรุงการประมวลผลโฟโตนิก ซึ่งเป็นคอมพิวเตอร์ที่ใช้แสงที่มองเห็นหรือแสงอินฟราเรดแทนการใช้กระแสในการส่งข้อมูล

มันทำงานยังไง?

โดยทั่วไปแล้ว แสงเดินทางในลักษณะเดียวกันผ่านวัสดุชนิดเดียวกัน เช่น แก้วหรือน้ำ

นักวิจัยตัดสินใจยกเลิกกระบวนการนี้และได้พัฒนาแว่นตาขนาดเล็กที่เคลือบด้วยอนุภาคนาโนในรูปทรงกระบอก เพื่อให้เข้าใจถึงขนาด ให้จินตนาการว่า 12,000 อนุภาคเหล่านี้สามารถอยู่ในส่วนตัดขวางของเส้นผมมนุษย์ได้

นักฟิสิกส์ Sergey Kruk อธิบายว่าอนุภาคนาโนเหล่านี้ควบคุมการไหลของแสง เช่นเดียวกับป้ายถนนที่กำหนดทิศทางการจราจร

แผนผังแสดงการเดินทางของแสง

“เราสามารถแนะนำความไม่สมดุลในการแพร่กระจายของแสงได้ ดังนั้นเมื่อมันแพร่กระจายไปข้างหน้า/ข้างหลัง เราก็ได้ผลลัพธ์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง” เขากล่าว

ผู้เขียนงานนี้เรียก "ป้ายถนน" เรโซเนเตอร์อิเล็กทริกแบบไม่เชิงเส้น

อนุภาคนาโนรูปทรงกระบอกทำจากซิลิคอน 2 ชั้นและซิลิคอนไนไตรด์ แต่ละชั้นมีดัชนีการหักเหของแสงที่แตกต่างกัน ซึ่งหมายความว่าแสงที่ส่องผ่านตัวกลางแต่ละชนิดต่างกัน 

อนุภาคนาโนสามารถวางเพื่อให้เรืองแสงหรือมืดเมื่อแสงส่องผ่านไปข้างหน้าหรือข้างหลัง มันเหมือนกับพิกเซลเล็กๆ ที่สว่างขึ้นหรือไม่สว่างขึ้น ผู้เขียนทำลวดลายออกมาซึ่งรวมกันดูเหมือนเป็นภาพเดียว

“โดยปกติแล้ว รูปภาพจะประกอบด้วยแต่ละพิกเซล และเราสามารถประกอบพิกเซลเหล่านั้นเป็นรูปแบบใดก็ได้ที่คุณชอบ” ครูกกล่าว

Benjamin Eggleton ผู้อำนวยการสถาบันนาโนเทคโนโลยีในซิดนีย์เรียกการศึกษานี้ว่าเป็นผลที่สำคัญ เขากล่าวว่านี่เป็นฟิสิกส์ที่สำคัญที่สามารถนำไปใช้ในการใช้งานต่างๆ เขากล่าวว่าแอปพลิเคชั่นที่ชัดเจนที่สุดคือส่วนประกอบนาโนโฟโตนิกสำหรับการคำนวณ

องค์ประกอบสำคัญของการคำนวณอิเล็กทรอนิกส์และความซับซ้อนสถาปัตยกรรมไมโครชิป - ไดโอด ยอมให้กระแสไหลไปในทิศทางเดียวเท่านั้น ในโฟโตนิกส์หรือการคำนวณด้วยแสงจะใช้ฉนวนแทนไดโอด

ตามที่ศาสตราจารย์ Eggleton กล่าว ลูกถ้วยในปัจจุบันมีขนาดใหญ่มากและผลิตได้ยาก แต่งานของนักวิทยาศาสตร์ของ ANU อาจนำไปสู่การออกแบบที่เล็กและเรียบง่ายได้

วงจรโฟโตนิกหรือคอมพิวเตอร์ออปติคัลเรียกว่าอนาคตของการคำนวณ พวกมันสามารถทำให้เล็กกว่าอิเล็กทรอนิกส์ได้ และยังวิ่งด้วยความเร็วสูงขึ้น ใช้พลังงานน้อยลง และสร้างความร้อนน้อยลง

บริษัทคอมพิวเตอร์ควอนตัมระดับโลกหลายแห่งพึ่งพาวงจรโฟโตนิกส์ Eggleton กล่าว

แล้วอินเทอร์เน็ตล่ะ?

ยังมีความเห็นว่าเทคโนโลยีใหม่ๆ จะช่วยได้ทำให้อินเทอร์เน็ตเร็วขึ้นและถูกลง ดร. Lei Wang จากมหาวิทยาลัยตะวันออกเฉียงใต้ในประเทศจีนกล่าวว่า "แม้ว่าจุดประสงค์ของภาพเหล่านี้จะเป็นงานศิลปะเป็นหลัก แต่ก็แสดงให้เห็นถึงศักยภาพของเทคโนโลยีใหม่นี้

"ในการใช้งานจริง อนุภาคนาโนเหล่านี้สามารถประกอบเป็นระบบที่ซับซ้อน ซึ่งจะควบคุมการไหลของแสงได้อย่างมีประสิทธิภาพ ตัวอย่างเช่น ในโครงสร้างพื้นฐานด้านการสื่อสารยุคต่อไป"

ตามที่ดร.ครุกระบุความสามารถการควบคุมการไหลของแสงในระดับนาโนทำให้มั่นใจได้ว่าแสง "จะไปในที่ที่ควรไป และไม่ไปในที่ที่ไม่ควรไป" ซึ่งสามารถสร้างการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ตที่เร็วขึ้นซึ่งต้องใช้ไฟฟ้าน้อยลงในการทำงาน

ตัวอย่างเช่น ในปี 2020 นักวิทยาศาสตร์ได้สร้างโฟตอนขึ้นมาโครงการที่ส่งข้อมูล 44.2 เทราบิตต่อวินาทีผ่านใยแก้วนำแสงในระยะทาง 76 กม. ซึ่งเร็วกว่าความเร็วในการดาวน์โหลดบรอดแบนด์เฉลี่ยประมาณ 1 ล้านเท่า 

Crook เชื่อว่านักฟิสิกส์ในปัจจุบันเพิ่งเริ่มเข้าใจว่าแสงที่รุนแรงส่งผลต่อโครงสร้างของวัสดุในระดับนาโนอย่างไร

“ทุกวันนี้ นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการจัดการอย่างเหลือเชื่อกระแสไฟฟ้า แต่เรายังมีความรู้เพียงเล็กน้อยเกี่ยวกับการควบคุมรังสีของแสง งานวิจัยนี้อาจเป็นก้าวแรกที่สำคัญในการสร้างอุปกรณ์ที่ซับซ้อนในการควบคุมการเคลื่อนที่ของรังสีแสง ซึ่งคล้ายกับอุปกรณ์จากกลางศตวรรษที่ 20 ที่ควบคุมการเคลื่อนที่ของกระแสไฟฟ้า” Crook กล่าวสรุป

อ่านเพิ่มเติม:

ดาราหนุ่ม "ซ่อน" บางสิ่งที่เปลี่ยนมุมมองของนักวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับจักรวาล สิ่งหลัก

พบดาวเคราะห์สองดวงไม่ไกลจากโลกซึ่งคล้ายกับของเรามาก

นักฟิสิกส์ได้สร้างเลเซอร์อะตอมที่สามารถทำงานได้ตลอดไป