Novi materijali – nove optičke tehnologije

Znanstvenici rade na razvoju nove klase “plazmatskih metamaterijala”. Nadaju se kako će jednog dana ti materijali utrti put razvoju napredne optičke tehnologije poput: ultra-jakih mikroskopa i računala, naprednih solarnih ćelija, a možda čak i plašt nevidljivosti.

“Zahvaljujući ovim novim materijalima uskoro ćemo moći upotrijebiti “nano-fotonske” uređaje na mnogo različitih načina”, navodi Alexandra Boltasseva, profesor asistent električnog i računalnog inženjerstva na sveučilištu Purdue. Za razliku od prirodnih materijala, metamaterijale mogu odlikovati faktori loma manji od jedan pa čak i manji od nula. Lom je pojava skretanja elektromagnetskih valova, dakle i svjetlosti, na granici sredstava različite optičke gustoće. Zbog pojave loma svjetlosti nama se čini da se ravni štap uronjen u vodu savija na površini.

Mogućnost izrade materijala s negativnim indeksom loma, pa čak i indeksom loma između nula i jedan, najavljuje ubrzan razvoj potpuno novog područja, tzv. preobražajne optike (eng. transformation optics). Ipak, razvoj nove tehnologije zasnovane na metamaterijalima usporen je zbog dva velika ograničenja: velik dio svjetlosti se gubi ili je apsorbiran od strane metala kao što su srebro i zlato, metali koji ulaze u sastav metamaterijala, a i metamaterijale je potrebno precizno ‘naštimati’ ne bi li postigli željeni indeks loma. Danas znanstvenici nude novi pristup koji bi trebao riješiti gore navedene probleme. Detalje možete pročitati u članku objavljenom u petak, 21. siječnja, u znanstvenom časopisu Science. Autori članka su Alexandra Boltasseva, Harry Atwater, Howard Hughes, profesori primijenjene fizike i materijala na kalifornijskom Institutu za tehnologiju.

Znanstvenici nastoje zamijeniti srebro i zlato u metamaterijalima na dva načina: povećavanjem metalnog karaktera poluvodiča dopiranjem atomima metala, odnosno dodavanjem atoma elemenata nemetala, zbog čega poluvodiči gube na svom metalnom karakteru. Među spojevima koji se koriste su i različiti aluminijevi oksidi te titanov nitrid, koji toliko nalikuje zlatu da se koristi i za oblaganje kupola ruskih crkava. Neki od novih materijala već su testirani, a rezultatima ispitivanja optičkih svojstava nadmašili su zlato i srebro. Testiranje je izvršeno na Birck Nanotechnology centru, smještenom u Parku otkrića sveučilišta Purdue. Plazmatski materijali mogli bi se primijeniti na mnogim područjima. Mogli bi poslužiti za izradu ‘hiper-leće’ koja bi učinila optičke mikroskope čak deset puta jačim, a koji bi mogli izoštriti sliku objekta dimenzija molekula DNK. Mogli bi se iskoristiti za izradu naprednih senzora ili pak nove klase sustava za pretvorbu solarne energije. Mogli bi uzrokovati drastične pomake u računalstvu i općenito elektronici koja koristi električne signala za obradu informacija. Na kraju, mogli bi poslužiti i za izradu plašta nevidljivosti.

Strujni krugovi zasnovani na tehnologiji optičke nano-fotonike mogli bi sabirati cijele oblake elektrona, tzv. površinskih plazmona te upravljati i preusmjeravati svjetlost u uređajima premalim za današnje lasere. Neki od novih materijala mnogo obećavaju u spektru infracrvene svjetlosti. Radi se o dijelu elektromagnetskog spektra od velike važnosti za telekomunikacije. Drugi bi materijali mogli raditi u vidljivom dijelu spektra. Ukoliko se postigne točno željeni indeks loma, novi bi se materijali mogli koristiti u točno željenom dijelu spektra. Na taj bi se način postigao izuzetno visok stupanj specifičnosti namjene pojedinih metamaterijala. U budućnosti će se fotonska elektronika vrtjeti oko novih tipova optičkih tranzistora, sklopki i procesora. Današnja računala prenose i obrađuju podatke serijski, odnosno jedan po jedan podatak. Nasuprot tome, računala budućnosti moći će raditi s paralelnim tokovima podataka što će omogućiti razvoj bržih mreža.

Izvor: Purdue University

Related Posts

Share This

Comments Closed