Nouveaux métamatériaux : la lumière sous contrôle
De nombreux rapports sur les "métamatériaux" (entre guillemets, car la définition commence à s'estomper) nous font penser qu'ils sont presque une panacée pour tous les problèmes, douleurs et limitations auxquels le monde moderne de la technologie est confronté. Les concepts les plus intéressants ces derniers temps concernent les ordinateurs optiques et la réalité virtuelle.
en ce qui concerne ordinateurs hypothétiques du futurà titre d'exemple, on peut citer les recherches de spécialistes de l'université israélienne TAU à Tel-Aviv. Ils conçoivent des nanomatériaux multicouches qui devraient être utilisés pour créer des ordinateurs optiques. À leur tour, des chercheurs de l'Institut suisse Paul Scherrer ont construit une substance triphasée à partir d'un milliard d'aimants miniatures capables de simuler trois états agrégés, par analogie avec l'eau.
A quoi peut-il servir ? Les Israéliens veulent construire. Les Suisses parlent de transmission et d'enregistrement de données, ainsi que de spintronique en général.
Un métamatériau de mini-aimant triphasé qui imite les trois états de l'eau.
Photons à la demande
Les recherches menées par des scientifiques du Lawrence Berkeley National Laboratory du Département de l'énergie pourraient conduire au développement d'ordinateurs optiques basés sur des métamatériaux. Ils proposent de créer une sorte de cadre laser capable de capturer certains paquets d'atomes à un certain endroit, créant ainsi un environnement strictement conçu et contrôlé. structure à base de lumière. Il ressemble à des cristaux naturels. À une différence près - c'est presque parfait, aucun défaut n'est observé dans les matériaux naturels.
Les scientifiques pensent qu'ils pourront non seulement contrôler étroitement la position de groupes d'atomes dans leur "cristal de lumière", mais également influencer activement le comportement d'atomes individuels à l'aide d'un autre laser (plage infrarouge proche). Ils leur feront, par exemple, émettre à la demande une certaine énergie - voire un seul photon, qui, lorsqu'il est retiré d'un endroit du cristal, peut agir sur un atome piégé dans un autre. Ce sera une sorte de simple échange d'informations.
La capacité de libérer rapidement un photon de manière contrôlée et de le transférer avec peu de perte d'un atome à un autre est une étape importante du traitement de l'information pour l'informatique quantique. On peut imaginer utiliser des réseaux entiers de photons contrôlés pour effectuer des calculs très complexes - beaucoup plus rapidement qu'avec des ordinateurs modernes. Des atomes intégrés dans un cristal artificiel pourraient également sauter d'un endroit à un autre. Dans ce cas, ils deviendraient eux-mêmes des supports d'informations dans un ordinateur quantique ou pourraient créer un capteur quantique.
Les scientifiques ont découvert que les atomes de rubidium sont idéaux pour leurs besoins. Cependant, les atomes de baryum, de calcium ou de césium peuvent également être capturés par un cristal laser artificiel car ils ont des niveaux d'énergie similaires. Pour fabriquer le métamatériau proposé dans une expérience réelle, l'équipe de recherche devrait capturer quelques atomes dans un réseau cristallin artificiel et les y maintenir même lorsqu'ils sont excités à des états d'énergie plus élevés.
Réalité virtuelle sans défauts optiques
Les métamatériaux pourraient trouver des applications utiles dans un autre domaine technologique en développement -. La réalité virtuelle a de nombreuses limitations différentes. Les imperfections de l'optique que nous connaissons jouent un rôle important. Il est pratiquement impossible de construire un système optique parfait, car il y a toujours ce qu'on appelle des aberrations, c'est-à-dire distorsion des ondes causée par divers facteurs. Nous sommes conscients des aberrations sphériques et chromatiques, de l'astigmatisme, du coma et de nombreux autres effets indésirables de l'optique. Quiconque a utilisé des décors de réalité virtuelle doit avoir fait face à ces phénomènes. Il est impossible de concevoir des optiques VR qui soient légères, produisent des images de haute qualité, n'aient pas d'arc-en-ciel visible (aberrations chromatiques), offrent un large champ de vision et soient bon marché. C'est tout simplement irréel.
C'est pourquoi les fabricants d'équipements VR Oculus et HTC utilisent ce qu'on appelle des lentilles de Fresnel. Cela vous permet d'obtenir beaucoup moins de poids, d'éliminer les aberrations chromatiques et d'obtenir un prix relativement bas (le matériau pour la production de tels objectifs est bon marché). Malheureusement, les anneaux de réfraction causent w Lentilles de Fresnel une baisse significative du contraste et la création d'une lueur centrifuge, particulièrement visible là où la scène présente un contraste élevé (fond noir).
Cependant, récemment, des scientifiques de l'Université de Harvard, dirigés par Federico Capasso, ont réussi à développer lentille mince et plate utilisant des métamatériaux. La couche de nanostructure sur le verre est plus fine qu'un cheveu humain (0,002 mm). Non seulement il ne présente pas les inconvénients typiques, mais il offre également une bien meilleure qualité d'image que les systèmes optiques coûteux.
La lentille Capasso, contrairement aux lentilles convexes typiques qui plient et diffusent la lumière, modifie les propriétés de l'onde lumineuse en raison de structures microscopiques dépassant de la surface, déposées sur du verre de quartz. Chacun de ces rebords réfracte la lumière différemment, changeant sa direction. Par conséquent, il est important de distribuer correctement une telle nanostructure (motif) qui est conçue et produite par ordinateur à l'aide de méthodes similaires aux processeurs informatiques. Cela signifie que ce type de lentille peut être produit dans les mêmes usines qu'auparavant, selon des procédés de fabrication connus. Le dioxyde de titane est utilisé pour la pulvérisation.
Il convient de mentionner une autre solution innovante de "méta-optique". hyperlentilles métamatériellesprises à l'Université américaine de Buffalo. Les premières versions des hyperlentilles étaient constituées d'argent et d'un matériau diélectrique, mais elles ne fonctionnaient que dans une gamme très étroite de longueurs d'onde. Les scientifiques de Buffalo ont utilisé un arrangement concentrique de tiges d'or dans un boîtier thermoplastique. Il fonctionne dans la gamme de longueurs d'onde de la lumière visible. Les chercheurs illustrent l'augmentation de la résolution résultant de la nouvelle solution en utilisant un endoscope médical comme exemple. Il reconnaît généralement les objets jusqu'à 10 250 nanomètres, et après avoir installé des hyperlentilles, il "tombe" jusqu'à XNUMX nanomètres. La conception surmonte le problème de la diffraction, un phénomène qui réduit considérablement la résolution des systèmes optiques - au lieu de la distorsion des ondes, ils sont convertis en ondes qui peuvent être enregistrées dans les dispositifs optiques suivants.
Selon une publication dans Nature Communications, cette méthode peut être utilisée dans de nombreux domaines, de la médecine aux observations de molécules uniques. Il convient d'attendre des dispositifs concrets à base de métamatériaux. Peut-être permettront-ils à la réalité virtuelle de connaître enfin un réel succès. Quant aux "calculateurs optiques", ce sont encore des perspectives assez lointaines et floues. Cependant, rien n'est à exclure...
