De sinnesböjande speglarna bakom avancerad teknik

ESO/F CarrascoThe Extremely Large Telescope under konstruktion i Chiles Atacamaöken Högt på ett berg, i Chiles bentorra Atacamaöken bygger European Space Observatory (ESO) för närvarande världens största optiska teleskop. Ingen tid slösades bort på att välja ett namn – det kommer att kallas Extremely Large Telescope eller ELT. Istället har enorm energi gått åt att designa och bygga ”världens största öga mot himlen”, som bör börja samla in bilder 2028 och som med stor sannolikhet kommer att utöka vår förståelse av universum. det skulle vara möjligt utan några av de mest avancerade speglarna som någonsin gjorts. Florent Mallet/Mersen BoostecDr Elise Vernet inspekterar M5-spegelnDr Elise Vernet är en adaptiv optikspecialist på ESO och har övervakat utvecklingen av de fem gigantiska speglarna som kommer att samla och kanalisera ljus till teleskopets mätutrustning. Var och en av ELT:s specialanpassade speglar är en bedrift av optisk design.Dr Vernet beskriver den 14 fot (4,25 m) konvexa M2-spegeln som ”ett konstverk”. Men M1- och M4-speglarna kanske bäst uttrycker nivån av intrikat och precision som krävs. Den primära spegeln, M1, är den största spegel som någonsin gjorts för ett optiskt teleskop. ”Den är 39 m [128ft] i diameter, består av [798] sexkantiga spegelsegment, inriktade så att de beter sig som en perfekt monolitisk spegel”, säger Dr Vernet.M1 kommer att samla in 100 miljoner gånger mer ljus än det mänskliga ögat och måste kunna bibehålla position och form till en precisionsnivå som är 10 000 gånger finare än ett människohår. M4 är den största deformerbara spegeln som någonsin tillverkats och kommer att kunna ändra form 1 000 gånger per sekund för att korrigera för atmosfärisk turbulens och vibrationerna från själva teleskopet som annars skulle kunna förvränga bilder. Dess flexibla yta består av sex kronblad av ett glaskeramiskt material som är mindre än 2 mm (0,075 tum) tjockt. Kronbladen tillverkades av Schott i Mainz, Tyskland och skickades sedan till ingenjörsfirman Safran Reosc strax utanför Paris, där de polerades och sattes ihop till hela spegeln .Alla fem speglarna närmar sig färdigställandet och kommer snart att transporteras till Chile för installation. Medan dessa enorma speglar kommer att användas för att fånga ljuset från kosmos, har ESO:s grannar i Garching, vid Max Planck Institute for Quantum Optics, skapat ett kvantum. spegeln för att fungera i minsta skala man kan tänka sig. År 2020 kunde ett forskarlag få ett enda lager av 200 inriktade atomer att bete sig kollektivt för att reflektera ljus, vilket effektivt skapade en spegel så liten att den inte kan ses med blotta ögat. År 2023 lyckades de placera en enda mikroskopiskt kontrollerad atom i mitten av arrayen för att skapa en ”kvantomkopplare” som kan användas för att kontrollera om atomerna är transparenta eller reflekterande. ”Vad teoretiker förutspådde, och vi observerade detta experimentellt, är att i dessa ordnade strukturer, när du väl absorberar en foton och den återutsänds, sänds den faktiskt ut [in one predictable] riktning och det är det som gör det till en spegel”, säger Dr Pascal Weckesser, postdoktor vid institutet. Denna förmåga att kontrollera riktningen för atomreflekterat ljus kan ha framtida tillämpningar i ett antal kvantteknologier som till exempel hacka -bevisa kvantnätverk för lagring och överföring av information.ZeissVärldens mest exakta spegel tillverkas av Zeiss i TysklandLängre nordväst i Oberkochen nära Stuttgart tillverkas speglar med en annan extrem egenskap av Zeiss.Optikföretaget ägnade år åt att utveckla en ultraplatt spegel som har blivit en nyckelkomponent i maskiner som skriver ut datorchips, så kallade extrema ultravioletta litografimaskiner, eller EUV. Det holländska företaget ASML är världens ledande tillverkare av EUV, och Zeiss-speglar är en viktig komponent i dem. Zeiss EUV-speglar kan reflektera ljus vid mycket små våglängder vilket möjliggör bildskärpa i en liten skala, så att fler och fler transistorer kan skrivas ut på samma yta av kiselskivan. För att förklara hur platta speglarna är, säger Dr Frank Rohmund, chef för halvledartillverkningsoptik på Zeiss, använder en topografisk analogi. ”Om du tog en hushållsspegel och sprängde upp den till Tysklands storlek skulle den högsta höjdpunkten vara 5m. På en rymdspegel [as in the James Webb Space Telescope]det skulle vara 2 cm [0.75in]. På en EUV-spegel skulle den vara 0,1 mm”, förklarar han. Denna ultrasläta spegelyta i kombination med system som styr spegelns positionering, också tillverkade av Zeiss, ger en noggrannhetsnivå som motsvarar att studsa ljus från en EUV-spegel på jordens ytan och plocka fram en golfboll på månen. Även om de här speglarna kanske redan låter extrema, har Zeiss planer på förbättringar, för att hjälpa till att göra ännu kraftfullare datorchips. ”Vi har idéer om hur man kan utveckla EUV ytterligare. År 2030 är målet att ha ett mikrochip med en biljon transistorer på. Idag är vi kanske på hundra miljarder.” Det målet kom närmare med Zeiss senaste teknik, som möjliggör utskrift av ungefär tre gånger fler strukturer på samma yta än den nuvarande generationen av chiptillverkningsmaskiner. ”Halvledarindustrin har detta dominerande stark färdplan som ger ett trumslag för alla spelare som bidrar till lösningen. Med detta kan vi ge framsteg när det gäller tillverkning av mikrochips som idag tillåter saker som artificiell intelligens som var otänkbara för tio år sedan”, säger Dr Rohmund. Vad mänskligheten kommer att förstå och kunna om tio år återstår att vara sett, men speglar kommer utan tvekan att vara kärnan i den teknik som tar oss dit.More Technology of Business