Nous metamaterials: llum sota control
Molts reportatges sobre els "metamaterials" (entre cometes, perquè la definició comença a desdibuixar-se) ens fan pensar que són gairebé una panacea per a tots els problemes, dolors i limitacions als quals s'enfronta el món modern de la tecnologia. Els conceptes més interessants últimament són els ordinadors òptics i la realitat virtual.
en una relació ordinadors hipotètics del futurexemples inclouen estudis d'especialistes de la Universitat israeliana TAU de Tel Aviv. Estan dissenyant nanomaterials multicapa que s'han d'utilitzar per crear ordinadors òptics. Al seu torn, investigadors de l'Institut suís Paul Scherrer van construir una substància trifàsica a partir de mil milions d'imants en miniatura capaços de simula tres estats agregats, per analogia amb l'aigua.
Per a què es pot utilitzar? Els israelians volen construir. Els suïssos parlen de transmissió i enregistrament de dades, així com d'espintrònica en general.
Un metamaterial trifàsic fet de minimaimants que imita els tres estats de l'aigua.
Fotons sota demanda
La investigació dels científics del Laboratori Nacional Lawrence Berkeley del Departament d'Energia pot conduir al desenvolupament d'ordinadors òptics basats en metamaterials. Proposen crear una mena de marc làser que pugui capturar determinats paquets d'àtoms en un lloc determinat, creant un disseny estrictament controlat. estructura basada en la llum. S'assembla als cristalls naturals. Amb una diferència: és gairebé perfecte, no s'observen defectes en els materials naturals.
Els científics creuen que no només podran controlar estretament la posició dels grups d'àtoms en el seu "cristall de llum", sinó que també influiran activament en el comportament dels àtoms individuals mitjançant un altre làser (interval d'infraroig proper). Faran que, per exemple, emeti una certa energia, fins i tot un sol fotó, que, quan s'elimina d'un lloc del cristall, pot actuar sobre un àtom atrapat en un altre. Serà una mena de simple intercanvi d'informació.
La capacitat d'alliberar ràpidament un fotó de manera controlada i transferir-lo amb poca pèrdua d'un àtom a un altre és un pas important de processament d'informació per a la informàtica quàntica. Es pot imaginar utilitzar matrius senceres de fotons controlats per realitzar càlculs molt complexos, molt més ràpid que utilitzar ordinadors moderns. Els àtoms incrustats en un cristall artificial també podrien saltar d'un lloc a un altre. En aquest cas, ells mateixos es convertirien en portadors d'informació en un ordinador quàntic o podrien crear un sensor quàntic.
Els científics han descobert que els àtoms de rubidi són ideals per als seus propòsits. Tanmateix, els àtoms de bari, calci o cesi també poden ser capturats per un cristall làser artificial perquè tenen nivells d'energia similars. Per fer el metamaterial proposat en un experiment real, l'equip d'investigació hauria de capturar uns quants àtoms en una xarxa de cristall artificial i mantenir-los fins i tot quan s'excita a estats d'energia més alts.
Realitat virtual sense defectes òptics
Els metamaterials podrien trobar aplicacions útils en una altra àrea en desenvolupament de la tecnologia. La realitat virtual té moltes limitacions diferents. Les imperfeccions de l'òptica que coneixem juguen un paper important. És pràcticament impossible construir un sistema òptic perfecte, perquè sempre hi ha les anomenades aberracions, és a dir. distorsió de l'ona causada per diversos factors. Som conscients de les aberracions esfèriques i cromàtiques, l'astigmatisme, el coma i molts i molts altres efectes adversos de l'òptica. Qualsevol persona que hagi utilitzat conjunts de realitat virtual ha d'haver tractat amb aquests fenòmens. És impossible dissenyar òptiques de realitat virtual que siguin lleugeres, produeixin imatges d'alta qualitat, no tinguin un arc de Sant Martí visible (aberracions cromàtiques), donin un gran camp de visió i siguin barates. Això és simplement irreal.
És per això que els fabricants d'equips de realitat virtual Oculus i HTC utilitzen el que s'anomenen lents de Fresnel. Això us permet obtenir molt menys pes, eliminar les aberracions cromàtiques i obtenir un preu relativament baix (el material per a la producció d'aquestes lents és barat). Malauradament, els anells refractius causen w Lents de Fresnel una disminució important del contrast i la creació d'una resplendor centrífuga, que es nota especialment quan l'escena té un contrast elevat (fons negre).
No obstant això, recentment científics de la Universitat de Harvard, dirigits per Federico Capasso, van aconseguir desenvolupar-se lent fina i plana utilitzant metamaterials. La capa de nanoestructura del vidre és més prima que un cabell humà (0,002 mm). No només no té els inconvenients típics, sinó que també ofereix una qualitat d'imatge molt millor que els sistemes òptics cars.
La lent Capasso, a diferència de les lents convexes típiques que dobleguen i dispersen la llum, modifica les propietats de l'ona lluminosa a causa d'estructures microscòpiques que sobresurten de la superfície, dipositades sobre el vidre de quars. Cadascun d'aquests marges refracta la llum de manera diferent, canviant-ne la direcció. Per tant, és important distribuir adequadament aquesta nanoestructura (patró) dissenyada i produïda per ordinador mitjançant mètodes similars als processadors informàtics. Això vol dir que aquest tipus de lents es poden produir a les mateixes fàbriques que abans, utilitzant processos de fabricació coneguts. El diòxid de titani s'utilitza per a la pulverització.
Val la pena esmentar una altra solució innovadora de "meta-òptica". hiperlents metamaterialspreses a la Universitat Americana de Buffalo. Les primeres versions d'hiperlents estaven fetes de plata i un material dielèctric, però només funcionaven en un rang molt reduït de longituds d'ona. Els científics de Buffalo van utilitzar una disposició concèntrica de barres d'or en una caixa termoplàstica. Funciona en el rang de longitud d'ona de la llum visible. Els investigadors il·lustren l'augment de la resolució resultant de la nova solució utilitzant un endoscopi mèdic com a exemple. Normalment reconeix objectes de fins a 10 nanòmetres i, després d'instal·lar hiperlents, "baix" fins a 250 nanòmetres. El disseny supera el problema de la difracció, un fenomen que redueix significativament la resolució dels sistemes òptics: en comptes de la distorsió de les ones, es converteixen en ones que es poden enregistrar en dispositius òptics posteriors.
Segons una publicació a Nature Communications, aquest mètode es pot utilitzar en moltes àrees, des de la medicina fins a les observacions de molècules individuals. Convé esperar dispositius concrets basats en metamaterials. Potser permetran que la realitat virtual aconsegueixi finalment un èxit real. Pel que fa als "ordinadors òptics", encara són perspectives molt llunyanes i vagues. No obstant això, no es pot descartar res...
