پشت این فناوری پیشرفته، آینه های خیره کننده ای قرار دارند

در بالای کوهی در صحرای بکر آتاکامای شیلی، رصدخانه فضایی اروپا (ESO) در حال حاضر در حال ساخت بزرگترین تلسکوپ نوری جهان است.

هیچ وقت برای انتخاب نام تلف نشد – تلسکوپ بسیار بزرگ یا ELT نامیده می شود.

در عوض، انرژی بسیار زیادی صرف طراحی و ساخت «بزرگترین چشم جهان در آسمان» شده است، که قرار است در سال 2028 جمع آوری تصاویر را آغاز کند و به احتمال زیاد درک ما از جهان را گسترش دهد.

هیچ یک از اینها بدون برخی از پیشرفته ترین آینه هایی که تاکنون ساخته شده اند امکان پذیر نخواهد بود.

دکتر الیز ورنت متخصص اپتیک تطبیقی ​​در ESO است و بر توسعه پنج آینه غول پیکر نظارت می کند که نور را روی تجهیزات اندازه گیری تلسکوپ جمع آوری و متمرکز می کند.

هر یک از آینه های سفارشی ELT یک دستاورد در طراحی نوری است.

دکتر ورنت آینه محدب M2 14 فوتی (4.25 متری) را به عنوان “یک اثر هنری” توصیف می کند.

اما شاید آینه های M1 و M4 سطح مورد نیاز از پیچیدگی و دقت را به بهترین نحو نشان دهند.

آینه اولیه، M1، بزرگترین آینه ای است که تاکنون برای یک تلسکوپ نوری ساخته شده است.

“39 متر است [128ft] در قطر، شامل [798] بخش های آینه شش ضلعی به گونه ای تراز شده اند که مانند یک آینه یکپارچه کامل رفتار می کنند.» دکتر ورنت می گوید.

M1 100 میلیون برابر بیشتر از چشم انسان نور جمع آوری می کند و باید بتواند موقعیت و شکل خود را با دقت 10000 برابر موی انسان حفظ کند.

M4 بزرگترین آینه قابل تغییر شکلی است که تا به حال ساخته شده است و می تواند 1000 بار در ثانیه شکل خود را تغییر دهد تا تلاطم جوی و ارتعاشات خود تلسکوپ را تصحیح کند که در غیر این صورت می تواند تصویر را مخدوش کند.

سطح انعطاف پذیر آن متشکل از شش گلبرگ از مواد شیشه-سرامیک با ضخامت کمتر از 2 میلی متر (0.075 اینچ) است.

گلبرگ ها توسط Schott در Mainz آلمان ساخته شد و سپس به Safran Reosc، یک شرکت مهندسی مکانیک در نزدیکی پاریس فرستاده شد و در آنجا صیقل داده شد و در یک آینه کامل مونتاژ شد.

هر پنج آینه در حال تکمیل هستند و به زودی برای نصب به شیلی منتقل خواهند شد.

اگرچه از این آینه های عظیم برای گرفتن نور فضا استفاده می شود، اما همسایگان ESO در گارچینگ از موسسه ماکس پلانک برای اپتیک کوانتومی یک آینه کوانتومی برای کار در کوچکترین مقیاس های قابل تصور ساخته اند.

در سال 2020، یک تیم تحقیقاتی توانستند یک لایه متشکل از 200 اتم هم تراز را به طور جمعی برای انعکاس نور بسازند و به طور موثر آینه ای به قدری کوچک ایجاد کنند که با چشم غیر مسلح قابل مشاهده نباشد.

در سال 2023، آنها موفق شدند یک اتم منفرد با کنترل میکروسکوپی را در مرکز آرایه قرار دهند تا یک “سوئیچ کوانتومی” ایجاد کنند که می تواند برای کنترل اتم های شفاف یا بازتابنده استفاده شود.

“آنچه نظریه پردازان پیش بینی کردند و ما به صورت تجربی مشاهده کردیم، این است که در این ساختارهای مرتب، هنگامی که یک فوتون را جذب می کنید و دوباره گسیل می شود، در واقع گسیل می شود. [in one predictable] دکتر پاسکال وکسر، دانشجوی دکترا در مؤسسه می‌گوید: جهت، و این چیزی است که آن را به یک آینه تبدیل می‌کند.

این توانایی برای کنترل جهت نور منعکس شده از یک اتم ممکن است در آینده در تعدادی از فناوری های کوانتومی مانند شبکه های کوانتومی مقاوم در برابر هک برای ذخیره و انتقال اطلاعات کاربرد داشته باشد.

بیشتر در شمال غربی در اوبرکوخن، نزدیک اشتوتگارت، زایس آینه هایی با ویژگی قابل توجه دیگری تولید می کند.

این شرکت نوری سال‌ها صرف توسعه آینه فوق‌العاده مسطح کرد که به یک جزء کلیدی در ماشین‌هایی تبدیل شده است که تراشه‌های کامپیوتری را چاپ می‌کنند، به نام ماشین‌های لیتوگرافی فرابنفش یا EUV.

شرکت هلندی ASML تولید کننده پیشرو EUV در جهان است و آینه های زایس جزء مهمی هستند.

آینه های EUV زایس می توانند نور را در طول موج های بسیار کوتاه منعکس کنند و وضوح تصویر را در مقیاس کوچک ارائه دهند، به طوری که ترانزیستورهای بیشتری می توانند روی همان ناحیه ویفر سیلیکونی چاپ شوند.

دکتر فرانک روموند، رئیس اپتیک نیمه هادی زایس، برای توضیح چگونگی مسطح بودن آینه ها، از یک قیاس توپوگرافیک استفاده می کند.

“اگر یک آینه خانه بردارید و آن را به اندازه آلمان منفجر کنید، بالاترین نقطه ارتفاع 5 متر خواهد بود. روی آینه کیهانی [as in the James Webb Space Telescope]2 سانتی متر خواهد بود [0.75in]. در یک آینه EUV، 0.1 میلی متر خواهد بود.”

این سطح فوق‌العاده صاف، همراه با سیستم‌های کنترل موقعیت آینه که توسط زایس ساخته شده‌اند، سطح دقتی معادل بازتاب نور از آینه EUV در سطح زمین و برخورد با توپ گلف بر روی ماه را فراهم می‌کنند.

در حالی که این آینه ها ممکن است در حال حاضر افراطی به نظر برسند، زایس برنامه هایی برای بهبودهایی برای کمک به ساخت تراشه های کامپیوتری قدرتمندتر دارد.

ما ایده هایی در مورد چگونگی توسعه بیشتر EUV داریم. تا سال 2030، هدف این است که یک ریزتراشه با یک تریلیون ترانزیستور داشته باشیم. امروز ما شاید صد میلیارد هستیم.»

این هدف با جدیدترین فناوری زایس محقق شده است که امکان چاپ حدود سه برابر بیشتر ساختارها را در همان منطقه نسبت به نسل فعلی ماشین‌های تراشه‌سازی فراهم می‌کند.

“صنعت نیمه هادی ها دارای یک نقشه راه قوی است که برای همه بازیکنانی که در راه حل مشارکت دارند، ضربات طبل را فراهم می کند. دکتر روموند می‌گوید به لطف این، ما می‌توانیم پیشرفت‌هایی را در تولید ریزتراشه‌هایی فراهم کنیم که امروزه چیزهایی مانند هوش مصنوعی را امکان‌پذیر می‌کنند، چیزی که حتی ده سال پیش غیرقابل تصور بود.

آنچه بشریت در ده سال آینده درک خواهد کرد و توانایی آن را خواهد داشت باید دید، اما بدون شک آینه ها در قلب فناوری قرار خواهند گرفت که ما را به آنجا می رساند.