Amaç 20 yıl boyunca alfa centaur’a mikrozondlar göndermek olan çığır açan StarShot projesi çerçevesinde, hafif yelkenlerin geliştirilmesinde önemli ilerlemeler elde edilmiştir. Araştırmacılar, nöral ağ topolojik optimizasyonu kullanarak foton kristalleri tasarlamak için yeni bir yöntem önerdiler, bu da kayıt özelliklerine sahip ölçeklenebilir yapılar oluşturmayı ve üretim maliyetlerini binlerce kez azaltmayı mümkün kıldı.
Görevin ana görevi, güçlü bir lazer tarafından birkaç metre boyutunda hızlandırılan hafif yelkenlerin ve nanometrelerde kalınlıkta hafif yelkenlerin ışık hızının beşte ulaşması gerektiğidir. Bununla birlikte, şimdiye kadar ana engel, etkinlik kaybı olmadan ölçeklendirilebilen ultra, ama son derece iğrenç yapıların yaratılmasıydı. Bilim adamları optimizasyon uygulaması: Makine öğrenimi algoritmaları yelkenin ideal yapısını arıyordu ve fiziksel hesaplamalar etkinliğini kontrol etti. Bu, yüksek yansıtıcı yeteneği ve üretim verimliliğini birleştirerek bir foton kristalinin ızgarasını açmayı mümkün kıldı.
Çalışma, beşgen kafesin hızlanma süresini ve lansman maliyetini önemli ölçüde azalttığını ve ayrıca siparişlerin emriyle üretim maliyetini azalttığını ortaya koydu. Bu şemaya göre oluşturulan kristal, Doppler kaymasını telafi etmek için kritik olan geniş bant yansıması oluşturan birkaç boyut ve nano formu kullanır. İkincisi, yelkenini göreceli hızlara hızlandırırken lazer radyasyon frekansındaki değişikliklerden kaynaklanır.
Silikon nitrürden (SIN) yapılmış bir prototip 60 × 60 mm’lik bir alana sahiptir2 200 nm kalınlığında ve bir milyardan fazla nanoyapı içerir. Bu yaklaşım metrekare başına üretim maliyetini 9000 kat azalttı. SIN seçimi, düşük optik emilim, düşük kütle, yüksek yansıtıcı yetenek ve mikroelektronik CMOS standardı ile uyumluluktan kaynaklanmaktadır. Malzemenin iç voltajı, askıda membranların mukavemetini sağlar ve deformasyonu önler.
Günah benzersiz bir yaklaşım talep ederse (örneğin bir grafen olarak), o zaman fabrikaları dönüştürme ihtiyacı nedeniyle hafif yelkenlerin maliyeti ortadan kalkardı. CMOS telafisi egzotik nanoyapıyı “seri ürüne” dönüştürür. Günah, bilgisayar çiplerinde kullanılan malzemedir. Bu, sıradan mikroelektronik fabrikalarda yelkenler için nanoyapılar basmanızı ve milyonlarca dolar tasarruf etmenizi sağlar.
Optimizasyonun temel yönü, litografinin maliyetini doğrudan etkileyen minimum eleman boyutu (MFS) üzerindeki kısıtlamadır. MFS’deki bir artış üretimi basitleştirir, ancak aerodinamik özelliklerle denge gerektirir.
Başlangıçta, optimizasyon hızlanma mesafesini azaltmaya odaklandı, ancak daha sonra lansman maliyetini belirlediği için ivme süresini en aza indirmeye kaydı. Çöp mimarisi, çoklu katman alternatiflerinin aksine, gelişmiş yansıtıcı yeteneğe sahip tek katman sistemlerinin – hafiflik ve üretilebilirlik – avantajlarını korudu.
Oluşturulan foton kristalinin spektrumunun ölçümleri, üretim hatalarını dikkate alarak simülasyonlara uyumu doğruladı. Bu sadece modellemenin doğruluğunu değil, aynı zamanda sayaç yapıları için yaklaşımın ölçeklenebilirliğini de gösterir.
Nanofoton elemanlarında partilerin (60 mm ila 200 nm) kayıt oranının elde edilmesi, sadece yıldızlararası görevler için değil, aynı zamanda lazer iletişiminden yüksek precision optiklere kadar diğer alanlar için de yeni fırsatlar ortaya çıkar. Bilim adamları, önerilen metodolojinin işlevsellik ve ekonomik uygunluk arasındaki dengenin önemli olduğu diğer metamalzemelerin tasarımının temeli olabileceğini vurgulamaktadır.
Işık yelkenleri yaratmada bir atılım, zamanımızın en iddialı fikirlerinden birinin uygulanmasını getirir. Bir sonraki adım, gelişmiş foton kristallerinin tam boyutlu yelkenlere entegrasyonu ve bunları yıldızlararası uçuş koşullarını simüle eden yük altında test etmek olacaktır.
