บาคาร่าเว็บตรง ANU สไลด์เล็กๆ ภาพประกอบของ metasurfaces ของ ANU เครดิต: Ella Maru Studio โดยปกติ เมื่อแสงเดินทางผ่านวัตถุ มันจะสร้างภาพขึ้นมา แต่เมื่อผ่านวัสดุใหม่ที่พัฒนาขึ้นโดยนักวิจัยที่มหาวิทยาลัยแห่งชาติออสเตรเลีย (ANU) จะสร้างภาพสองภาพที่เป็นอิสระและแตกต่างกันโดยสิ้นเชิง อันที่จริงแล้วมีความแตกต่างกัน เนื่องจากเป็นโครงร่างที่โดดเด่นของซิดนีย์โอเปร่าเฮาส์และทวีปออสเตรเลีย
ผลกระทบที่ผิดปกตินี้เกิดขึ้นได้ด้วยโครงสร้างระดับนาโน
ภายในวัสดุที่ควบคุมทิศทางการเดินทางของคลื่นแสงในลักษณะที่สามารถประยุกต์ใช้ในการประมวลผลข้อมูลและการสื่อสาร
โครงสร้างระดับนาโนที่ใช้ในการวิจัยนี้เป็นฟิล์มบางเฉียบที่ประกอบด้วยอาร์เรย์ของโครงสร้างอิเล็กทริกขนาดเล็กที่มีลักษณะเหมือนอะตอม โครงสร้างดังกล่าวเรียกว่า metasurfaces โครงสร้างดังกล่าวมักใช้ในการออกแบบส่วนประกอบทางแสงที่ย่อขนาด และพวกเขายังสามารถใช้เพื่อควบคุมทิศทางที่แสงสามารถและไม่สามารถเดินทางในระดับนาโนได้ ตัวอย่างเช่น “เมตาอะตอม” เหล่านี้บางส่วนยอมให้แสงไหลจากซ้ายไปขวาเท่านั้น ในขณะที่บางประเภทอนุญาตให้เดินทางจากขวาไปซ้ายเท่านั้น หัวหน้าโครงการSergey Kruk จาก ศูนย์ฟิสิกส์ไม่เชิงเส้นของ ANU อธิบาย พวกเขายังสามารถปิดกั้นเส้นทางที่แสงส่องไปในทิศทางใดทิศทางหนึ่ง
ภาพไม่สมมาตร
ในผลงานล่าสุด ครูกและเพื่อนร่วมงานได้ออกแบบพื้นผิวเมตาอิเล็กทริกทั้งหมดเพื่อโต้ตอบกับแสงในลักษณะที่ไม่สมมาตร ตัวอย่างเช่น เมื่อพวกเขาฉายแสงอินฟราเรดผ่านโครงสร้างดังกล่าว ภาพของออสเตรเลียก็ปรากฏขึ้นในช่วงสเปกตรัมที่มองเห็นได้ เมื่อพวกเขาพลิก metasurfaces ไปรอบ ๆ และมองอีกครั้ง พวกเขาเห็นภาพของโรงอุปรากรซิดนีย์แทน
เคล็ดลับมายากลออปติคัลนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการโต้ตอบที่ซับซ้อนระหว่างคุณสมบัติไม่เชิงเส้นของวัสดุและการมีเพศสัมพันธ์แบบแม่เหล็กและไฟฟ้าระหว่างโหมดออปติคัลที่ออกแบบโดยเทียม Kruk กล่าว “ทัศนศาสตร์ไม่เชิงเส้นศึกษาว่าวัสดุมีปฏิกิริยาอย่างไรกับลำแสงที่มีความเข้มสูงและสว่างมาก เช่น แสงที่เกิดจากเลเซอร์” เขาอธิบาย “ปฏิกิริยาที่ไม่เป็นเชิงเส้นเหล่านี้อาจแตกต่างอย่างสิ้นเชิงกับแสงที่อ่อนและสว่างปานกลาง (ตัวอย่างเช่น จากดวงอาทิตย์หรือจากหลอดไฟ) ที่โต้ตอบกับวัสดุ”
นักวิจัยได้สร้าง metasurfaces ของพวกเขาจาก resonators แบบไม่เชิงเส้นแบบอสมมาตรสี่ประเภทซึ่งเป็น nanocylinders ที่ทำปฏิกิริยากับแสงผ่านไดโพลไฟฟ้าและไดโพลแม่เหล็ก กระบอกสูบนาโนเหล่านี้ประกอบด้วยวัสดุสองชั้น ได้แก่ ซิลิคอนอสัณฐานและซิลิกอนไนไตรด์ซึ่งมีค่าคงที่ทางแสงต่างกัน ในการจัดเรียงนี้ คัปปลิ้งแบบแมกนีโต-อิเล็กทริกมาจากความไม่สมดุลที่เกิดจากความแตกต่างในดัชนีการหักเหของแสงระหว่างสองชั้น
“ค่อนข้างชอบป้ายถนน” อะตอมใน metasurface ควบคุมการไหลของแสงมากกว่าเหมือนป้ายจราจรควบคุมการจราจรบนถนนที่พลุกพล่าน Kruk กล่าว ความสามารถในการนำแสงที่ระดับนาโนนี้ช่วยให้แน่ใจว่า “จะไปในที่ที่ควรจะไปและไม่ไปในที่ที่ไม่ควรไป” เขาอธิบาย
การควบคุมดังกล่าวสามารถนำไปใช้ได้จริง
ครูกกล่าวต่อ “การใช้ส่วนประกอบขนาดเล็กในวงกว้างซึ่งสามารถควบคุมการไหลของแสงอาจนำมาซึ่งการเปลี่ยนแปลงทางเทคโนโลยีและสังคมที่คล้ายกับการเปลี่ยนแปลงที่เกิดขึ้นในอดีตโดยการพัฒนาส่วนประกอบขนาดเล็กที่ควบคุมการไหลของกระแสไฟฟ้า ซึ่งเรียกว่าไดโอดและทรานซิสเตอร์ ” เขาพูดว่า.
ทีมงานซึ่งรวมถึงนักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยพาเดอร์บอร์นในเยอรมนี มหาวิทยาลัยตะวันออกเฉียงใต้ในจีน และ A*STAR สิงคโปร์กล่าวว่า metasurfaces สามารถใช้ในเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับการประมวลผลข้อมูลและการสื่อสาร – รวมถึงอินเทอร์เน็ตที่คุณอาจใช้ในการอ่านบทความนี้ .
“ปัจจุบัน เทคโนโลยีสารสนเทศของเราอาศัยความสามารถของเราอย่างมากในการควบคุมการจราจรของกระแสไฟฟ้าภายในชิปคอมพิวเตอร์สมัยใหม่” Kruk กล่าว “เราออกแบบและสร้างเครือข่ายที่ซับซ้อนอย่างเหลือเชื่อของไดโอดเซมิคอนดักเตอร์และทรานซิสเตอร์นับพันล้านล้านล้านซึ่งทำหน้าที่เป็นสัญญาณจราจรและสัญญาณไฟจราจรสำหรับกระแสไฟฟ้า ทำให้สามารถใช้คอมพิวเตอร์สมัยใหม่ได้”
“การวิจัยของเราชี้ให้เห็นว่าอาจเป็นไปได้ที่จะควบคุมการสัญจรของลำแสงได้เหมือนกับที่เราควบคุมกระแสไฟฟ้า” เขากล่าวกับPhysics World “เมื่อต้องรับมือกับข้อมูล หากเราใช้ลำแสงแทนกระแสไฟฟ้า งานหลายอย่างสามารถทำได้เร็วขึ้นและมีประสิทธิภาพมากขึ้น”
ในการทำงานระยะแรกนี้ ครูกและเพื่อนร่วมงานได้มุ่งเน้นไปที่กระบวนการออปติคัลแบบไม่เชิงเส้น (เรียกว่าการสร้างฮาร์มอนิกที่สาม) ที่จะเปลี่ยนสีของแสง อย่างไรก็ตาม สำหรับการใช้งานในอนาคต การใช้สีเดียวอาจมีประโยชน์มากกว่า นักวิจัยกล่าวว่าพวกเขากำลังทำงานเพื่อพัฒนาโครงสร้างนาโนแบบออปติคัลที่รักษาสีไว้ในขณะที่แสดงฟังก์ชันที่คล้ายคลึงกัน “สิ่งนี้จะขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ทางแสงที่ไม่เป็นเชิงเส้นที่แตกต่างกันซึ่งเกี่ยวข้องกับสิ่งที่เรียกว่าเอฟเฟกต์การกระทำด้วยตนเอง” ครูกเปิดเผย “ในขณะที่ทัศนศาสตร์ไม่เชิงเส้นของวัสดุจำนวนมากได้รับการวิจัยเป็นอย่างดี แต่เราเพิ่งเริ่มทำความเข้าใจเกี่ยวกับทัศนศาสตร์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นของวัสดุที่มีโครงสร้างในระดับนาโน”
การศึกษากำลังมีการวางแผนหรืออยู่ระหว่างดำเนินการในประเทศต่างๆ ที่มีทรัพยากรต่ำ “การศึกษาใหม่กำลังถูกจัดตั้งขึ้นในเคนยา” Gollakota กล่าวกับPhysics World “เราจะประกาศรายละเอียดเกี่ยวกับเรื่องนี้ในอนาคตอันใกล้นี้ เราค่อนข้างตื่นเต้นกับสิ่งเหล่านี้ทั้งหมด เนื่องจากความแพร่หลายของสมาร์ทโฟนราคาประหยัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งในประเทศกำลังพัฒนา ระบบที่ประหยัดของเราจึงมีศักยภาพที่จะเป็นเครื่องมือคัดกรองความผิดปกติของหูชั้นกลางในสภาพแวดล้อมที่มีข้อจำกัดด้านทรัพยากร” บาคาร่าเว็บตรง
