Керувати світлом і наночастинками, щоб показувати різні картинки, а потім і передавати інші дані з
Головне про нову роботу вчених
Щоб зрозуміти, що саме зробили дослідники, подумайте про вікно. З одного боку вигравіруване зображення, але з іншого боку картинка зовсім інша.
Таке може здатися неможливим, але, по суті,саме такі результати одержали вчені з національного університету в Австралії (ANU). Команда розробила найдрібніші напівпрозорі наночастинки, на яких видно два різні зображення, якщо подивитися з різних боків.
Під час одного з експериментів вчені зробили слайд, де одночасно було зображено австралійський континент та оперний театр у Сіднеї.
Слайд, який показує дві картинки одночасно
Область, якою займаються вчені, називаєтьсянелінійна оптика. Відкриття в цій сфері можна використовувати, щоб покращити фотонні обчислення - це обчислення, де для передачі даних використовується видиме або інфрачервоне світло, а не струм.
Як це працює?
Зазвичай світло рухається однаково крізь той самий матріал, наприклад, через скло або воду.
Дослідники вирішили змінити цей процес ірозробили дрібні шибки, які покриті наночастинками у формі циліндрів. Щоб зрозуміти масштаб, уявіть, що 12 000 таких частинок можуть поміститися у поперечному перерізі людського волосся.
Ці наночастки керували потоком світла, як дорожні знаки, які дають напрямок руху, пояснює фізик Сергій Крук.
Схематичне зображення того, як проходить світло
«Ми змогли внести асиметрію у спосіб поширення світла. Тому коли він поширюється вперед/назад, ми отримуємо різні результати», — сказав він.
Автори роботи називають ці «дорожні знаки» нелінійними діелектричними резонаторами.
Наночастинки у формі циліндрів зробили з двох шарів кремнію та нітриду кремнію. Кожен шар мав різний показник заломлення. Це означає, що світло проходило кожну середу по-різному.
Наночастинки можна розмістити так, щоб вонисвітилися чи були темними, коли світло проходить через них уперед чи назад. Це схоже на найдрібніші пікселі, які або горять, або горять. Автори зробили з них візерунок, що разом виглядав як єдина картина.
Зазвичай зображення складаються з окремих пікселів. І ми можемо зібрати ці пікселі у будь-які візерунки, які вам подобаються», - сказав Крук.
Бенджамін Егглтон, директор інститутунанотехнологій у Сіднеї назвав це дослідження серйозним результатом. Це, за його словами, важлива фізика, яку можна використовувати у різних додатках. Найбільш очевидним застосуванням, вважає він, мають нанофотонні компоненти для обчислювальної техніки.
Ключовий елемент електронних обчислень та складноїархітектури мікрочіпів - діод. Він дозволяє струму текти лише в одному напрямку. У фотоніці або обчислення на основі світла замість діода використовують ізолятор.
За словами професора Егглтона, сьогодні ізолятори дуже громіздкі та складні у виробництві, але робота вчених з ANU може призвести до створення маленьких та простих конструкцій.
Фотонні схеми, або оптичні обчисленняназивають майбутнім обчислювальної техніки. Їх можна зробити менше в порівнянні з електронними, а також вони працюють на більш високих швидкостях, споживають менше енергії та виділяють менше тепла.
Багато глобальних компаній, які займаються квантовими комп'ютерами, покладаються на фотонні схеми, зазначає Егглтон.
А що щодо інтернету?
Також є думка, що нова технологія допоможезробити інтернет швидше і дешевше. Доктор Лей Ван з Південно-Східного університету в Китаї сказав: «хоча мета цих зображень в основному художня, вони демонструють потенціал цієї нової технології.
"У реальних додатках ці наночастки можуть бути зібрані в складні системи, які ефективно управлятимуть потоком світла - наприклад, в комунікаційній інфраструктурі наступного покоління".
За словами доктора Крука, здатністьконтролювати потік світла на нанорівні гарантує, що світло «йтиме туди, куди має йти, і не піде туди, куди не повинно йти». Завдяки цьому можна створити швидке інтернет-з'єднання, для обслуговування якого потрібно менше електрики, зазначає команда.
Наприклад, у 2020 році вчені створили фотонусхему, яка передає оптоволокном 44,2 терабіта даних за секунду на відстань 76 км. Це приблизно в 1 млн разів швидше, ніж середня швидкість широкосмугового завантаження.
Крук вважає, що сьогодні фізики тільки почали розуміти, як інтенсивне світло впливає на структуру матеріалів на нанорівні.
«Сьогодні вчені неймовірно досягли успіху в управлінніелектричним струмом, але ми поки що мало знаємо про керування променями світла. Це дослідження, можливо, перший важливий крок на шляху створення складного пристрою для управління рухом променів світла. Це схоже на пристрої середини XX століття, які керували рухом електричних струмів», - підсумував Крук.
Читати далі:
Юна зірка «заховала» те, що змінило уявлення вчених про Всесвіт. Головне
Неподалік Землі знайшли дві планети, які дуже схожі на нашу.
Фізики створили атомний лазер, який може працювати вічно