Fotonski buba pomaže fizičarima da skaču

Primjer idealnog fotonskog kristala otkrivenog u prirodi

Prirodni model: Brazilski buba © Jeremy Galusha, Sveučilište u Utahu
čitati naglas

Do sada, istraživači nisu uspjeli stvoriti idealni "fotonski kristal" koji manipulira vidljivom svjetlošću kako bi služio kao osnova za ultrazvučna optička računala. Međutim, priroda je odavno razvila takav kristal: znanstvenici su ga sada otkrili u svjetlucavim zelenim ljuskama buba.

Čak se i sada velike količine podataka prenose svjetlovodnim kablovima pomoću svjetlosti u vidljivim i blizu infracrvenim područjima. Do sada, međutim, ove optičke podatke prvo treba pretvoriti natrag u električne signale da bi ih računalo moglo obraditi. Cilj je, dakle, jednog dana proizvesti računalo velike brzine koje ne radi s elektronima, već isključivo na temelju optičkih komponenata.

Traženi idealni fotonski kristali

"U nekim područjima optičko računalo moglo bi naći rješenja u nekoliko sekundi, što bi za konvencionalna računala trebalo godinama, " rekao je Michael Bartl, profesor kemije i fizike na Sveučilištu Utah i voditelj trenutne studije. Striga na takvim računalima su takozvani fotonski kristali, strukture koje na specifičan način manipuliraju svjetlošću. Na primjer, oni propuštaju neke boje svjetlosti, ali druge odražavaju poput ogledala; neke valne duljine se ubrzavaju, druge usporavaju.

Elektronska mikrografija mjerila Lamprocyphus augustus © Michael Bartl, Sveučilište u Utahu

Do sada nije bilo moguće umjetno proizvesti takav materijal. Ali sada su znanstvenici sa Sveučilišta u Utahu gotovo slučajno naišli na prirodni fotonski kristal koji se vrlo blizu ideala. Lamprocyphus augustus, znanstveno ime životinje, porijeklom je iz Brazila i privlači pažnju svojim izuzetno zeleno-iridescentnim spremnikom. Boju ne uzrokuju pigmenti, već isključivo zbog trodimenzionalne strukture njenih himinskih ljestvica.

Struktura ljestvice približava se idealnom kristalu

Struktura sitnih ljuskica djeluje na zeleno svjetlo poput zrcala i odražava zračenje. Iznenađujuće, za razliku od ostalih prekrivajućih površina, ovaj svjetlucav zvuk djeluje bez obzira na kut gledanja. Pod elektronskim mikroskopom ustanovljeno je da se struktura značajno razlikuje od strukture umjetnih fotonskih kristala. prikaz

S jedne strane, atomski raspored bake podsjeća na dijamantsku orijentaciju koja je postavljena za idealne fotonske kristale. S druge strane, kopač nije monokristal, već je sastavljen od više od 200 komada chitija od kojih svaki ima dijamantsku strukturu za sebe, ali svaki pokazuje u nešto drugačijem smjeru. Kao rezultat, svaki komad odražava malo različitu valnu duljinu zelenog svjetla.

Pojedinačni komadi su premali da biste ih vidjeli golim okom, ono što vidite je kombinirani učinak: pupoljak svijetli zeleno iz svakog ugla. Čini se kao da nas jednostavno stvorenje poput K fer-a pruža jednu od tehnološki poželjnijih struktura za računala sljedeće generacije, objašnjava Bartl. "Priroda ima jednostavne načine stvaranja materijala i struktura koje nisu izvan naših instrumenata i inženjerskih strategija od milijun dolara."

Bartl i njegovi kolege sada žele razviti sintetičku verziju tih kristala od prozirnog poluvodičkog materijala. Zato što se same vage ne mogu koristiti kao tehnološki građevni blokovi, jer himin nije dugotrajan niti ima poluvodička svojstva.

(Sveučilište u Utahu, 20.05.2008. - NPO)