گفتگو با نادر انقطاع

در CLEO 2018 در سن خوزه ، کالیفرنیا ، ایالات متحده ، OPN این فرصت را داشت که با نادر انقطاع ، عضو OSA و استاد H. Nedwill Ramsey در دانشگاه پنسیلوانیا ، ایالات متحده صحبت کند. Engheta در کنفرانس ، با قول "متافوتونیک" - مجموعه کامل امکانات جدیدی که پیشرفت در فناوری نانو و فرامادها امکان پذیر است ، یکی از سخنرانی های عمومی صبح سه شنبه را انجام داد.

در اوایل صحبت های عمومی خود ، شما به سخنرانی معروف ریچارد فاینمن در سال 1959 ، "فضای زیادی در پایین وجود دارد" ، اشاره کرد که وی در آن برخی جنبه های فناوری نانو مدرن را تصور کرد. شما پیشنهاد کردید که به همین ترتیب ، فضای کافی برای کشف برنامه های "شدید" فراموادی نوری وجود دارد. بزرگترین برد بالقوه برای متافوتونیک را در کجا می بینید؟

یک لیست طولانی از موضوعات وجود دارد که مربوط به جنبه های "شدید" فرامواد است. فقط چند مورد را انتخاب کنیم: یک جنبه این است که ببینیم فرامادها می توانند به ما در انفورماتیک کمک کنند - در یادگیری ماشین ، در پردازش اطلاعات. آیا فرامادها می توانند به آن کمک کنند؟ آیا آنها می توانند یک سکوی قابل برنامه ریزی باشند - آیا می توان از نوع فعل و انفعالات ماده سبک از نوع FPGA برخوردار بود؟ FPGA - آرایه های گیت قابل برنامه ریزی برای میدان - یک بستر بسیار قدرتمند در الکترونیک هستند. آیا می توان این کار را به صورت فرامادها انجام داد؟

مورد دیگر به مفهوم فوتونیک با شاخص نزدیک به صفر برمی گردد ، که دو سال پیش در یک ویژگی در OPN به آن پرداختیم. بدیهی است که این خود یک افراط دیگر است. و مثال سوم ادغام فرامادها با مواد 2 بعدی مانند گرافن است. این یک افراط دیگر است - آیا می توانیم مدارهای نوری با ضخامت یک اتم یا ضخامت یک اتم یا چند اتم داشته باشیم؟ اینها برخی از افراط است که می توانیم از لیست انتخاب کنیم.

بیایید برخی از آنها را بررسی کنیم. شما در مورد عناصر مدار از مواد فرعی صحبت کردید - آنالوگ های نوری مقاومت ها ، سلف ها ، خازن ها. چرا اکنون باید به این برنامه ها نگاه کنیم؟

سوال خیلی خوبی است از آنجا که من دانشجوی مقطع دبیرستان بودم ، این مسئله متحیر شده ام - در تئوری مدار ، ما عناصر توده ای داریم. چرا عناصر توده ای در اپتیک وجود ندارد؟ پاسخ روشن است: اندازه نسبی ، طول موج نوری. اما این واقعیت که ما می توانیم عناصر مدار توده ای را در سیستم های الکترونیکی داشته باشیم - دقیقاً مانند الفبای یک زبان است. این در واقع یک روش بسیار جالب برای جمع آوری کارها و ایجاد تعداد بی شماری از ویژگی هایی که در الکترونیک خود دیده ایم به ما ارائه کرده است. بنابراین من علاقه مند شده ام ببینم آیا می توانیم چنین مدولاسیون را در فوتونیک انجام دهیم.

دلیل این که اکنون می توان به این موضوع نگاه کرد این است که اکنون می توانیم ساختاری بسیار کوچکتر از طول موج نور بسازیم. این قابلیت در آغاز قرن بیستم وجود نداشت - به همین دلیل هیچ عنصر برجسته ای برای اپتیک وجود نداشت. اما به دلیل فناوری نانو ، ما می توانیم ساختارهایی بسیار کوچکتر از طول موج نور بسازیم. اما این کافی نیست - ما همچنین باید پاسخ مواد را مهندسی کنیم. بنابراین ترکیب مواد و این واقعیت که ما می توانیم اندازه را در مقایسه با طول موج کوچک کنیم ، به ما امکان می دهد ساختارهای نانو داشته باشیم که می توانیم آنها را عناصر مدار توده ای بنامیم.

به نظر من با داشتن این نوع مدولار ، زمینه های الکترونیک و فوتونیک با هم ادغام می شوند - مجموعه ای از "حروف الفبا" را بدست می آورید. و در نتیجه ما می توانیم بین دو زمینه انتقال ایده دو طرفه داشته باشیم.

یک تحقیق تحقیقی جذاب که شما در سخنرانی خود به آن اشاره کردید ، پردازش اطلاعات آنالوگ بود - "اجازه دادن به فرامادها برای انجام محاسبات." شما و تیم شما موادی را طراحی کرده اید که حتی می تواند از طریق تعامل با یک میدان نور ، معادلات انتگرالی پیچیده و غیر قابل تفکیک را حل کند.

آره. با این حال ، یک چیز باید روشن کنم این است که ما در حال پردازش آنالوگ هستیم. این بسیار متفاوت از دروازه های منطق نوری است - آنچه ما در مورد آن صحبت می کنیم کاملاً محاسبات آنالوگ است. ایده ما این است که بررسی کنیم چگونه می توانیم از امواج در تعامل با مواد مخصوص طراحی شده استفاده کنیم ، امیدوارم با کمترین جای ممکن ، به گونه ای که پردازش اطلاعات را انجام دهد. حل معادلات انتگرال یکی از نمونه های آن است. فیلتر کردن یکی دیگر است؛ امیدوارم یادگیری ماشینی و سایر کارهایی که دوست داریم در آینده انجام دهیم ، باز هم نمونه دیگری خواهد بود. این پردازش آنالوگ با امواج است.

از مزایای بالقوه این امر می توان به قدرت کم مصرف اشاره کرد. همچنین ردپایی کوچک - امیدوارم در مقیاس نانو یا چند طول موج باشد.

شما این فرامادها را برای حل معادله ، همانطور که در صحبت خود توضیح دادید ، از طریق یک فرایند معکوس طراحی می کنید که بازخورد مورد نیاز را تکرار و تنظیم می کند تا زمانی که ورودی با خروجی مورد نظر مطابقت داشته باشد. به نظر می رسد که مقدار قابل توجهی کار برای حل یک معادله خاص - چگونه این امر قابل تعمیم است؟

شما مواد را برای یک هسته معین از یک معادله انتگرال طراحی می کنید. وقتی این کار را یکبار انجام دادید ، می توانید هر ورودی را در معادله انتگرال قرار دهید و خروجی درستی خواهید گرفت. ما مواد مربوط به هسته را طراحی می کنیم ، که مربوط به یک مشکل فیزیکی خاص است ، و پس از طراحی آن ، شما برای همه ورودی ها انجام می شود.

و روش های دیگری نیز وجود دارد که شما می توانید این فراتر از فرامادها را انجام دهید ، که قابلیت تنظیم مجدد دارند. یک چیز که ما به عنوان گزینه جایگزین آن را بررسی می کنیم ، ترکیبات تداخل سنج Mach-Zehnder است.

شما همچنین در مورد مطالب با شاخص تقریباً صفر صحبت کردید ، موضوعی که همانطور که اشاره کردید ، دو سال پیش در OPN همکاری نوشتید. این مواد می توانند برخی موارد شگفت انگیز را فراهم کنند ، مانند حفره هایی که فرکانس تشدید آنها از هندسه مستقل است و "ابر اتصال" نور از طریق کانال های طول موج زیر با خم شدن غیر معمول. مسیر تجاری سازی این مواد را چگونه می بینید - و "برنامه قاتل" که آنها را به جریان اصلی سوق می دهد چیست؟

این یک موضوع بسیار هیجان انگیز است. اگر بخواهم یک یا دو برنامه کشنده انتخاب کنم ، یکی فوتونیک انعطاف پذیر است. این سیستم عامل های شاخص تقریباً صفر به ما امکان می دهد ساختاری داشته باشیم که وقتی آن را خم می کنید ، فرکانس تشدید آن تغییر نمی کند ، انتقال آن تغییر نمی کند. بنابراین این یکی است. مورد دیگری که اخیراً مطالعه آن را شروع کرده ایم ، جنبه حرارتی است. از آنجا که این ویژگی با شاخص نزدیک به صفر در واقع می تواند انسجام فضایی سازه را افزایش دهد ، می توانید تابش گرمایی بسیار جالبی داشته باشید. حتی ممکن است تابشی از اشعه حرارتی را داشته باشید ، تقریباً همان روشی که آرایه های آنتن در مایکروویو انجام می دهند.

در پایان صحبت خود ، شما چند کلمه الهام بخش در مورد لزوم اطمینان از ارزیابی کافی پژوهش کنجکاوی ، و دانشمندان برای پرسیدن س “الات "چرا که نه" و "چه می شود" را بیان کردید. آیا در حرفه خودتان نمونه برجسته ای وجود دارد که تحقیقات "چه اتفاقی اگر / چرا نباشد" منجر به تأثیرات شگفت آور و متعاقب آن شود؟

آره! مفهوم ابر اتصال متصل به شاخص نزدیک به صفر و ویژگی های بعدی آن ، با یک سوال کاملاً کنجکاوی محور شروع شد. من برنامه خاصی در ذهن نداشتم. این فقط یک سوال بود "چه اتفاقی خواهد افتاد"

نمونه دیگری از تحقیقات من ، که هیچ ارتباطی با فراموادی ندارد و ممکن است شما با آن آشنا نباشید ، تصویربرداری قطبی سازی با الهام از زیست است. این کار در حالی آغاز شد که یک سوال کاملاً کنجکاوی محور با یکی از همکارانش در گروه روانشناسی در دانشگاه پنسیلوانیا آغاز شد. ما می دانیم که گونه های جانوری در طبیعت وجود دارد که می توانند قطبش نور را ببینند و چشم انسان "قطبی شدن کور" است.

س wasال این بود ، "چه می شود اگر" ما می توانیم دوربینی بسازیم که بتواند جهان را دقیقاً مانند چشم حساس به قطبش جهان را ببیند؟ و این در واقع یک منطقه تحقیقاتی را برای من آغاز کرد که منجر به یک مجموعه بسیار جالب از پیشرفت ها شد - حق ثبت اختراع از آن و بسیاری پیشرفت های جالب دیگر به وجود آمد. و این به عنوان یک سوال کنجکاوی محور شروع شد.