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蝶の翼は、障壁を破るナノテクを刺激します

探検する t彼の科学は大企業です。マイクロチップ、医療機器、およびレーザーは、数十年にわたって小さくなっています。しかし、それらは、周囲のパターンを変えてオブジェクトを隠すことができる光や不可視のマントを使用して神経衝動を制御できる脳コンピューターインターフェイステクノロジーなど、さまざまな高度なアプリケーションにはまだ大きすぎます。オーストラリアの研究者によって設計された新しいナノテックはその問題を解決することができ、彼らの革新は、モルフォバタフライの印象的な翼の虹色の青に触発されました。 オーストラリア国立大学の量子光学の大学院生であるムダッサル・ナウマンは、科学者がモルフォ・バタフライの翼に強い青色を与えるナノ構造を模倣しようとした論文に出くわしました。彼らは近づきましたが、人工翼のスケールにおける蝶の活気を完全に再現することはできませんでした。ナウマンは掘り、珍しい2層システムが翼をポップにするものであることを発見しました。 最初の層は、蝶の翼の透明なナノ構造で、観察者の目に反射された青い光を増幅します。 2番目の層は、その最初の層の下にある暗いメラニンフィルムで、漂流光を吸収し、反射した青を研ぎます。 「すべての光がきれいに反映されるわけではありません」とナウマンは説明します。 「野良色と散乱は通常、信号を洗い流します。」メラニンは、野良光を飲み込むことで蝶の青を磨きます。 広告 Nautilusのメンバーは、広告なしの体験を楽しんでいます。今すぐログインまたは参加してください。 彼は、Morphoの2層システムの背後にあるロジックを非線形光学系の作業で使用できるかどうか疑問に思いました。そこでは、激しい光が発信光と比較して、入ってくる光の特徴を変換する材料と相互作用します。非線形光学の目標の1つは、光の頻度を変更することです。EEG、受信赤を発信青に変えることです。これは、通信デバイス、レーザー、センサー、バイオイメージングで役立つ周波数倍数と呼ばれる非常に魅力的な特性です。たとえば、顕微鏡では、周波数倍率は、従来の顕微鏡で生成されたものよりもシャープなコントラストのある画像を生成できます。周波数倍率は、人間の目に見やすく、赤いレーザーよりも少ない熱を放出する緑色のレーザーなど、短い波長光を生成するのにも役立ちます。通常、このタイプの周波数の変化を効率的に促進するには、大きな面倒な結晶が必要です。しかし、Naumanのチームは、メタサーフェスと呼ばれる人工材料を使用して、ナノスケールに効率的に効率的に再現しようとしました。レーザーフォーカス： Mudassar Naumanは、環境振動を弱め、研究材料を整列させた光学テーブルの助けを借りて、メタサーフェスで実験を行います。 イメージはMudassar Naumanの厚意によるものです。Naumanは、これらのメタサーフェスが光を増幅する方法を改善するために、Morphoで採用されているものと同様の2層システムを使用できるかどうか疑問に思いました。彼はそうすることが「現場の基本的な制限」を解決できると疑った。彼が扱うメタワースは、通常、目に見える光スペクトルでは機能しません。なぜなら、励起子と呼ばれる光を増幅するために依存している量子粒子は、可視光波長を強く吸収しすぎているからです。これは、ナウマンのメタサーフェスを、拡張現実やクローキングデバイスなどのアプリケーションでは使用できないことを意味します。 広告 Nautilusのメンバーは、広告なしの体験を楽しんでいます。今すぐログインまたは参加してください。 最初のステップとして、研究チームは蝶の翼にあるナノ構造のメタサーフェースバージョンを作成しました。科学者たちは、メタサーフェスのジオメトリのいくつかの微調整により、励起子が目に見える光を吸収して周波数を高めて反射するようにするのを助ける方法で光子を跳ね返すことができるナノ構造を作成しました。 新しいテクノロジーは、コンタクトレンズまたはメガネで夜間または拡張現実を可能にする可能性があります。これはすべて、このような薄い表面の正確な周波数で行う必要があります。 「周波数が完全に整合する材料を設計するのは非常に複雑です」と、Naumanの研究には関与していなかったケースウエスタンリザーブ大学のナノフォトニクスおよびメタサーフェスの専門家であるGiuseppe Strangi氏は述べています。 「彼らはそれに成功しました。」ナウマンと彼の同僚によって設計されたメタサーフェスは、蝶の翼とまったく同じようには機能しませんが、同様の効果を生み出します。 「メラニンは、野良光を飲み込むことで蝶の青を磨きます。私たちの励起子は、反対のことをすることでオレンジの赤を鋭くします。それは通常吸収される非常に光を掛けます」とナウマンは言います。 広告 Nautilusのメンバーは、広告なしの体験を楽しんでいます。今すぐログインまたは参加してください。 ボーナスとして、新しい技術は室温で動作します。これは、実際のアプリケーションにより有用です。励起子との同様の作業は、ほとんどの場合、非常に低い温度で達成されています。これは、典型的には華氏約-240度を下回っています。Naumanは、彼のチームが2つの別々の方法でメタワースを微調整することにより、新しいテクノロジーをさらに広く適用できるようにしようとしたと付け加えました。まず、着信光の偏光またはその電界の方向を変更することにより、システムをオンとオフにすることができます。これは、波形と呼ばれる透明なプレートで簡単に制御できます。第二に、調光スイッチのような温度を使用して、発信光の強度を変えることができます。空気が室温から遠く離れているほど、発信光を調光します。 「これは、前例のない光の制御を提供します」とStrangi氏は言います。この操作はすべて、人間の髪の毛の幅のほんの一部のメタサーフェスで行われます。それは非常に小さいため、透明な表面に組み込むことができます。 Nauman氏によると、新しいMetasurfaceの潜在的なアプリケーションはほぼ無限です。コンタクトレンズやメガネで夜間または拡張現実を可能にすることができます。衣類では、適応的なカモフラージュを可能にすることができます。医学で使用して、ニューロンと通信できるデバイスを作成することもできます。 Strangiは、物理学の世界でのエキサイティングな潜在的な使用が、量子情報をエンコードおよび伝達するためにメタサーフェースを活用していると付け加えており、量子チャネルを介した通信を可能にします。これは量子コンピューターの重要な特徴です。ただし、これらのMetasurfaceの実用的なアプリケーションは、まだプライムタイムの準備ができていません。必要な材料からメタサーフェスを作るのは困難であり、高価です。これは、同様に配置された硫黄原子の2層の間に挟まれた幾何学的に配置されたタングステン原子で構成されています。そして、このような小さな技術を使用可能なデバイスに拡大するには、膨大な量のデバイスが必要になるとStrangi氏は言います。幸いなことに、他の科学者は新しい表面をより効率的に作成する方法を研究しているとナウマンは付け加えているので、これらの蝶にインスパイアされたアプリケーションは近い将来に飛行する可能性があります。 広告 Nautilusのメンバーは、広告なしの体験を楽しんでいます。今すぐログインまたは参加してください。 リード画像：terii / shutterstock タイラー・サントラ 投稿しました 2025年9月26日 タイラー・サントラは、コロラド州に拠点を置くフリーランスの科学ジャーナリスト、編集者、ファクトチェッカーです。 Undark、Scientific…