Научное сообщество постоянно ищет новые решения для улучшения качества связи и передачи данных. Сотрудники Калифорнийского технологического института сделали значительный шаг вперед, создав уникальное устройство, которое может изменить подход к беспроводной связи.
Недавние исследования группы ученых из Калифорнийского технологического института привели к созданию наноразмерного устройства, которое наделено уникальными свойствами. Это устройство покрыто микроперестраиваемыми антеннами и способно отражать падающий свет, разделяя его на несколько лучей, каждый из которых имеет свою частоту и направление. Такие «метаповерхности пространства-времени» могут стать основой для новых каналов беспроводной связи, что было подробно описано в журнале «Nature: Nanotechnology».
Принцип работы метаповерхностей заключается в их способности одновременно контролировать частоту света и указывать направление его распространения. Устройство принимает падающий лазерный луч и модифицирует его с помощью настраиваемых наноструктурных антенн, создавая несколько управляемых лучей света. Каждый из этих лучей может использоваться как сигнал, что открывает новые возможности для передачи данных как на Земле, так и в космосе.
Одним из ключевых аспектов данной работы является то, что метаповерхности позволяют передавать сигналы без необходимости использования традиционных оптических волокон. Это означает, что мы можем передавать данные в свободном пространстве, что значительно увеличивает гибкость и эффективность связи. Как отметил один из исследователей, эта технология напоминает создание полного набора каналов связи, что может значительно упростить передачу информации.
Чтобы лучше понять суть метаповерхностей, стоит рассмотреть их концепцию. Слово «мета» в данном контексте означает «за пределами», что подразумевает использование многослойных устройств с тщательно подобранными узорами наноантенн. Эти устройства могут управлять светом, отражая его или фокусируя, аналогично линзам и зеркалам, но с гораздо большей точностью и эффективностью. Метаповерхности способны отражать свет в определенном направлении и с заданной частотой, что критически важно для телекоммуникаций.
Ядро нового устройства имеет размеры всего 120 микрон и функционирует на оптических частотах, которые в тысячи раз выше радиочастот. Это означает, что метаповерхности могут обеспечить большую полосу пропускания, что является важным шагом вперед в области передачи данных. В отличие от радиочастотной электроники, которая уже может направлять лучи света в разных направлениях, на оптических частотах до сих пор не было доступных решений. Поэтому исследователям пришлось изменить свойства самих антенн, чтобы добиться желаемого эффекта.
Команда разработала метаповерхность, состоящую из золотых антенн, которые имеют электрически настраиваемый полупроводниковый слой. Этот слой можно регулировать, применяя напряжение ко всему устройству, что позволяет локально изменять плотность электронов и, соответственно, показатель преломления антенн. Это дает возможность перенаправлять отраженный свет под заданными углами в реальном времени, не прибегая к замене каких-либо компонентов.
Процесс работы метаповерхности включает в себя модификацию падающего лазера с помощью высокочастотного сигнала напряжения, что создает несколько новых частот, которые могут использоваться для передачи информации. Это пространство-временной компонент технологии позволяет генерировать частоты и направлять их в пространстве, что открывает новые возможности для передачи данных.
Ученые уверены, что если оптические метаповерхности станут широко доступными, это изменит подход к беспроводной связи. В будущем пользователи смогут получать индивидуальные оптические сигналы вместо традиционных радиочастотных. Это позволит значительно улучшить качество передачи данных и упростить доступ к интернету в общественных местах, таких как кафе или аэропорты.
