Интересные темы:

Гаджеты

Немного интересного:

Шарики управляют светом

10.04.2014 Наука и жизнь

Физик из МГУ внес предложение применять диэлектрические наношарики в качестве элементов оптических совокупностей разного назначения, например, компьютеров будущего.

В соответствии с теорией российского физика Михаила Трибельского (доктора наук физического факультета московского университета и Столичного национального университета IT, электроники и радиотехники МИРЭА) диэлектрические шарики возможно применять для управления распространением света. Физики из Испании и Франции совершили успешную экспериментальную диагностику этих возможностей, отчет о которой размещён в издании Scientific Reports.

Размер шарика, с которым проводились опыты Изображения поверхностей интенсивности излучения, рассеянного шариком в различных направлениях. Излучение падает на шарик на протяжении прямой зеленой линии. Поверхность строится так: из центра шарика совершим линию в некоем направлении. На протяжении нее отложим отрезок Михаил Трибельский на протяжении недавнего визита в Японию, где он в свое время совершил около 10 лет.‹ ›

Современные компьютеры применяют для работы перемещения электронов, но эта разработка уже близка к пределам возможностей.Шарики управляют светом Она ограничена физическими факторами, мешающими уменьшению частоты и размеров. Кроме того такие красивые проводники, как медь либо платина, перестают проводить электрический ток на частотах видимого света (порядка 1014 Гц).

На данный момент быстродействие процессоров уже близко к собственному максимуму, и увеличение быстродействия компьютеров обеспечивается распараллеливанием вычислений. Показались двухъядерные, а позже четырехъядерные бытовые компьютеры. направляться ожидать предстоящего повышения ядер, но данный процесс неимеетвозможности длиться вечно.

В отыскивании решения проблемы физики обращаются к так называемым оптическим компьютерам, применяющим вместо электронов фотоны. Исходя из этого множество исследовательских групп в мире трудятся на данный момент над созданием сверхбыстрых оптических совокупностей, каковые имели возможность заменить электронные схемы. Они нужны кроме этого для развития оптической связи.

Такие совокупности должны иметь как возможно меньшие размеры. Но в классической оптике зеркал и линз размер совокупности не может быть меньше длины волны, которая в видимой области образовывает порядка 0,5 микрона. Для современных электронных устройств со сверхплотной упаковкой элементов это большой масштаб. Дабы действенно соперничать с этими электронными схемами, соответствующие оптические схемы должны быть работоспособными на масштабах большое количество меньших длины волны.

Эти задачи решает новая современная дисциплина, названную субволновой оптики. Задача субволновой оптики – манипулировать излучением на масштабах, меньших длины волны, что в классической оптике считается принципиально неосуществимым.

Первоначально большое количество надежд возлагалось на сотрудничестве света с плазмонами, колебаниями электронного газа свободных электронов в металлах. У железных шариков размером порядка 10 нанометров плазмонные резонансные частоты находятся именно в оптическом диапазоне. Это разрешает, облучая частицы, преобразовывать свет в плазмоны.

Но оказалось, что на этих частотах плазмоны, в большинстве случаев, очень сильно затухают.

Исходя из этого сейчас исследователи переключились на диэлектрики с громадным коэффициентом преломления. Свободных электронов в том месте нет, все они связаны со собственными атомами, исходя из этого под действием света не смогут появляться токи проводимости. Но электромагнитная волна действует на электроны в каждого атома, смещая их из положения равновесия. Такое явление именуется поляризацией.

Чем больше степень поляризации, тем выше показатель преломления у вещества. Оказалось, что сотрудничество со светом шарика, изготовленного из для того чтобы диэлектрика, во многом похоже на плазмонный резонанс в металлах, но в отличие от металлов многие диэлектрики на оптических частотах имеют малое затухание. Как раз исходя из этого, к примеру, прозрачны стекла.

В первый раз о некоторых изюминках фотонов и взаимного превращения плазмонов задумался Михаил Трибельский. В далеком 1984 году он опубликовал об этом статью, в которой предположил существование нового вида рассеяния света. Но тогда это никого не заинтересовало, поскольку нанотехнологий еще и в помине не было. Первая ссылка на эту работу показалась только через два десятилетия, в 2004 году.

Сейчас же открытое им рассеяние обширно признано и носит название аномального.

В соответствии с теорией Трибельского диэлектрический шарик имеет резонансные частоты колебаний поляризации. Любая частота соответствует возбуждению определенного типа колебаний, именуемых гармониками. Любая гармоника имеет фиксированную зависимость интенсивности рассеянного излучения от угла, под которым происходит рассеяние. Гармоники интерферируют между собой.

Возбуждая определенные гармоники, возможно руководить данной интерференцией. А это, со своей стороны, разрешает перераспределять падающее излучение в желаемом направлении. Данный эффект и возможно использован в совокупностях оптического компьютера.

В опытах с диэлектрическим шариком диаметром в два сантиметра, изготовленным из особой керамики, ученые обучили его переизлучать направленное на него электромагнитное излучение в другом направлении, причем это направление возможно значительно изменять малым трансформацией частоты излучения.

Вы имеете возможность заявить, что 2 см – это не наномасштаб! Но тут на помощь исследователям пришел эффект масштабирования. Явления рассеяния будут однообразны для тел с одной коэффициентом и формой преломления, но различного размера, в случае если для каждого из них отношение линейных размеров к длине волны излучения одно да и то же.

Именно поэтому, явления, происходящие на наномасштабах в оптическом диапазоне, удалось смоделировать в сантиметровом диапазоне при помощи микроволнового излучения, для того чтобы же, как в простой микроволновке. Но, это не свидетельствует, что опыт был несложен. Достаточно заявить, что исследователям удалось выделить нужный сигнал на фоне паразитного, амплитуда которого была в 3000 раз (!) больше нужного.

Оптические компьютеры – это до тех пор пока только отдаленная возможность, но уже на данный момент оптические совокупности на базе диэлектрических шариков смогут применяеться в телекоммуникационных совокупностях; совокупностях записи, хранения и обработки информации; в совокупностях лечения и диагностики разных болезней, включая онкологические, и пр. Принципиально важно, что разработка изготовления таких наношариков для их работы в оптическом и ближнем инфракрасном диапазонах довольно несложна и не требует дорогостоящих материалов.

…

Подпись к изображению 2: Изображения поверхностей интенсивности излучения, рассеянного шариком в различных направлениях. Излучение падает на шарик на протяжении прямой зеленой линии. Поверхность строится так: из центра шарика совершим линию в некоем направлении. На протяжении нее отложим отрезок, протяженность которого равна интенсивности излучения, рассеянного в этом направлении.

Возьмём точку в пространстве. Перебрав все направления, возьмём поверхность. Параметр q пропорционален частоте падающей волны.

Видно, что малые трансформации q приводят к радикальной перестройке направленности рассеянного излучения.

По данным МГУ им. М.В.Ломоносова  

Создатель: Источник и

Алексей: nkj.ru

Случайные записи:

Уличный иллюзионист ломает все законы физики


Похожие статьи, которые вам понравятся:

Tags:  , ,