Di luar optik tradisional: Para saintis Caltech membina 'metasurface ruang-masa' yang boleh digunakan untuk membangunkan saluran komunikasi wayarles baharu

Menurut berita pada 29 Julai, pasukan dari California Institute of Technology membina peranti berskala nano yang ditutup dengan antena boleh tala mikro yang boleh memantulkan pancaran cahaya kejadian kepada berbilang pancaran cahaya, setiap satu dengan frekuensi yang berbeza arah yang berbeza. Menurut laporan, jenis "metasurfaces ruang masa yang boleh ditala secara elektrik pada frekuensi optik" ini boleh mengawal dan menukar frekuensi cahaya pada masa yang sama, dan boleh menunjukkan jalan untuk saluran komunikasi wayarles masa hadapan. Keputusan yang berkaitan telah diterbitkan dalam Nature: Nanotechnology (dilampirkan DOI: 10.1038/s41565-024-01728-9).

Seperti yang ditunjukkan dalam rajah, pancaran laser kejadian (hijau) mengenai "metasurface ruang-masa" baharu ini dan dimodulasi oleh antena struktur nano boleh laras, yang boleh menghasilkan pancaran terkawal (biru) dengan frekuensi berbeza, yang boleh digunakan sebagai saluran optik untuk menghantar data di Bumi atau di angkasa.
"Dengan metasurfaces ini, kami telah dapat menunjukkan bahawa satu pancaran cahaya masuk dan beberapa pancaran cahaya padam, masing-masing dengan frekuensi optik yang berbeza dan bergerak dalam arah yang berbeza," kata Otis Booth, Jabatan Kejuruteraan dan Gunaan Pemimpin sains "Ia seperti rangkaian lengkap saluran komunikasi," kata Harry Atwater, pengerusi, Howard Hughes Profesor Fizik Gunaan dan Sains Bahan dan pengarang kanan kertas itu "Kami menemui cara untuk menghantar isyarat di ruang bebas dan bukannya pada optik kaedah gentian.”
Kerja ini bukan sahaja menunjukkan laluan yang boleh dilaksanakan untuk membangunkan saluran komunikasi wayarles baharu, tetapi juga boleh membawa kepada pembangunan teknologi julat baharu dan juga cara untuk menghantar lebih banyak data ke dan dari angkasa tunjuk jalan.
Untuk memahami karya ini, pertimbangkan dahulu istilah "metasurface". Perkataan "meta" berasal daripada awalan Yunani yang bermaksud "di luar."
Bertujuan untuk mengatasi keupayaan komponen optik tradisional, seperti kanta kamera atau mikroskop, "metasurfaces" ialah peranti seperti transistor berbilang lapisan yang direka dengan corak antena nano yang dipilih dengan teliti yang boleh memantulkan, menyerakkan atau sebaliknya mengawal cahaya. Peranti planar ini boleh memfokuskan cahaya (serupa dengan kanta) atau memantulkan cahaya (serupa dengan cermin) dengan mereka bentuk strategik satu siri unsur nano yang mempengaruhi cara cahaya bertindak balas.
Menurut laporan, benda yang dipanggil "metasurface ruang-masa" ini boleh memantulkan cahaya ke arah tertentu dan pada frekuensi tertentu (frekuensi ditakrifkan sebagai bilangan gelombang yang melalui satu titik sesaat). Teras peranti ini hanya 120 mikron panjang dan lebar, dan beroperasi dalam mod reflektif pada frekuensi optik yang biasa digunakan untuk telekomunikasi (khususnya 1530 nanometer), yang beribu kali lebih tinggi daripada frekuensi radio, yang bermaksud bahawa ia akan membawa lebih lebar jalur tersedia .
Pada frekuensi radio, peranti elektronik boleh mengemudi pancaran cahaya dengan mudah ke arah yang berbeza, seperti peralatan navigasi radar yang digunakan pada pesawat, tetapi pada masa ini tiada peranti elektronik yang boleh melakukan ini pada frekuensi optik yang lebih tinggi. Oleh itu, para penyelidik terpaksa mencuba pendekatan yang berbeza, mengubah sifat antena itu sendiri.
Sisler dan Turegia entah bagaimana membangunkan "metasurface" ini yang terdiri daripada antena emas dengan lapisan semikonduktor indium timah oksida boleh tala elektrik di bawahnya, yang boleh dibuat dengan menggunakan pengedaran voltan yang diketahui secara setempat memodulasi ketumpatan elektron dalam lapisan semikonduktor di bawah setiap antena, menukar indeks biasannya (keupayaan bahan untuk membiaskan cahaya).
"Dengan mempunyai konfigurasi spatial voltan yang berbeza merentasi keseluruhan peranti, kami boleh mengubah hala cahaya yang dipantulkan pada sudut tertentu dalam masa nyata tanpa perlu menggantikan mana-mana komponen besar," kata Turegia
"Kami mengarahkan pancaran laser kejadian pada frekuensi tertentu metasurface kami kemudian memodulasi isyarat antena dengan isyarat voltan frekuensi tinggi dalam masa, mencipta berbilang frekuensi baharu atau jalur sisi, yang dibawa oleh cahaya laser masuk yang boleh digunakan sebagai saluran kadar data tinggi untuk menghantar maklumat , yang bermaksud kita boleh memilih di mana setiap saluran berada di angkasa, "jelas Sisler. "Kami menjana frekuensi dan mengarahkannya melalui ruang angkasa itu adalah komponen ruang masa metasurface ini "Jika metasurfaces optikal menjadi teknologi yang boleh dicapai dan digunakan secara meluas , kemudian dalam sepuluh tahun anda akan dapat duduk di Starbucks bersama sekumpulan orang lain," kata Atwater, pengarah Liquid Sunlight Alliance di Caltech. Akses Internet, dan apa yang semua orang dapat bukanlah isyarat Wi-Fi frekuensi radio , tetapi isyarat optik kesetiaan tinggi mereka sendiri." "Permukaan meta akan dapat memancarkan frekuensi yang berbeza kepada semua orang."

Atas ialah kandungan terperinci Di luar optik tradisional: Para saintis Caltech membina 'metasurface ruang-masa' yang boleh digunakan untuk membangunkan saluran komunikasi wayarles baharu. Untuk maklumat lanjut, sila ikut artikel berkaitan lain di laman web China PHP!