A kommunikáció, a képalkotás és a szenzortechnológiáit is alapjaiban forgathatja fel egy kutatás, amely optikai lencsék és tükrök helyett elektromosan vezérelt speciális felület segítségével módosítja a fénysugarak jellemzőit.
A kaliforniai műszaki egyetemen (a Caltechen) folyó kutatás lelke az úgynevezett metafelület (metasurface), amely nanostruktúrákból mesterségesen előállított anyag. A felületet alkotó nanostruktúrák mindegyike külön-külön vezérelhető, és segítségükkel optikai eszközök nélkül alakíthatók át a fényimpulzusok – egyetlen fénynyaláb például könnyen szétválasztható több és különböző irányokba továbbítható fénysugarakká.
A metafeületetet az tesz igazán hasznossá, hogy a nanostruktúrákat másodpercenként több milliószor újra lehet konfigurálni, és minden egyes alkalommal más módon befolyásolhatja a beérkező fénysugarat. Ennek köszönhetően pedig újabb módszerek nyílnak meg arra, hogy a rádióhullámokat használó vezeték nélküli kommunikációs és szenzoros technológiákat még könnyebben és még sokoldalúbban vigyék át a fényhullámokon alapuló optikai térbe. A Wi-Fi-t kiegészítő Li-Fi és a radart felváltó, lézerrel működő LIDAR már létező technológia, de a mostani fejlesztés új távlatokat nyithat meg előttük. A fényhullámok frekvenciája ezerszer nagyobb a rádióhullámokénál (elektromágneses hullám mind a kettő, csak más hullámhosszokon), ami nagyságrendekkel nagyobb adatátviteli sebességet tesz lehetővé.
Nincs szükség optikai elemekre
A fénysugarak optikai jellemzőinek és irányának megváltoztatásához mindeddig lencsékre és tükrökre volt szükség. Ezek ugyan lehetnek mikroszkopikus méretűek, de optikai tulajdonságaikat meghatározzák annak az anyagnak a fizikai tulajdonságai, amelyből alkották őket.
A Caltech kutatói viszont most olyan, félvezető anyaggal álltak elő, amelynek optikai tulajdonságait elektromosan lehet befolyásolni.
Nanoméretű tükrökkel kombinálva a lapos, mikroszkopikus méretű eszközök lencseként viselkedhetnek anélkül, hogy ívelt, hajlított üvegre vagy műanyagra lenne szükség. Ráadásul a metafelület optikai tulajdonságait a másodperc tört része alatt meg lehet változtatni. Ha a különböző nanostruktúrákba eltérő feszültségű áramot vezetnek, másképp verődik vissza a felületről a fény, noha semmi nem mozdult meg – vagy az eredmény egy elektromosan folyamatosan újraprogramozható tükör segítségével irányítható fénynyaláb.
A kutatók által készített eszköz egy 120×120 mikrométeres (0,12×0,12 mm-es) chip, amelyben a félvezető réteget indium-ón-oxid adja, és ebbe ágyaztak bele miniatűr, aranyból készült antennákat. A feszültség változtatásával módosul a félvezető réteg fényhajlítási képessége (refrakciós indexe). Az arany tükrök és a félvezető hangolható refrakciós képessége villámgyors fénymanipulációs lehetőségek előtt nyitja meg az utat.
Jövőbeni technológiák tárháza
Mivel a kutatások még meglehetősen kezdeti fázisban vannak, a Caltech szakemberei is még csak most fedezik fel a jövőbeni alkalmazási lehetőségeket. Mivel a metafelület egy lapos, ultravékony és könnyű eszközön teszi elérhetővé mindazt, amit eddig gondosan kialakított és elhelyezett lencsék és tükrök segítségével lehetet megvalósítani, az alkalmazási területek szinte végtelenek lehetnek. Az adatátviteli sebesség a moduláció felgyorsításával növelhető, ezért a technológia teljesítménye is csak becsülhető egyelőre. Ugyanakkor a kutatók biztosak abban, hogy a metafelület felkelti más kutatók és ipari felhasználók érdeklődését, és így az űrkommunikációtól az orvosláson át a szenzortechnológiáig számos területen hasznosítani fogják.
Forrás: itbusiness.hu
Kép forrása: caltech.edu