Programmable Quantum-Dot Arrays

^{PQDA의 장점은 1초의 극히 일부 만에 [무엇이든] 될 수 있고, [무엇이든]이 더 이상 필요하지 않고 다른 것이 필요할 때, 그것은 사라지고 그것이 나타난다는 것입니다: 거울 *펑* 박막 카메라 *펑* 태양 전지판 *펑* 위상 배열 레이더 *펑* 광학 위상 배열 레이저 *펑* 초전도 필름 . . .
—사용자 증언, JonE Future, 120 AT}

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소개

프로그래머블 양자점 배열(PQDA)은 전기적 또는 광자적으로 전도성인 나노구조 복합 필름 및 나노섬유의 표면에 통합된 가변 양자점 ¹ 배열이다².

배경

양자점은 전하 운반체(전자 또는 전자 정공)가 양자 구속되어 '인공 원자'(a-원자)를 형성하는 3차원 나노 스케일 구조이다. 각 양자점에 구속되는 전하 운반체의 수는 전기적 또는 광자적 신호에 의해 실시간으로 조정될 수 있으며, 1개부터 수천 개까지 범위가 있다. 이러한 a-원자의 크기, 모양 및 대칭성도 어느 정도까지 조정될 수 있다. 초전도체가 되거나, 저전력 자기장을 생성할 수 있으며 어레이의 원하는 만큼 많거나 적은 부분을 사용할 수 있는 가변 배열로 작동하는 표면을 형성한다.

모드 및 응용

PQDA는 주로 얼티밋 머슬 섬유, 유틸리티 포그, 유틸리티 샌드, MPTC 및 BAESFTLA 구조, 그리고 VIM과 같은 다양한 기질 위에 또는 내부에 필름, 층, 또는 리본으로 적층된다. 리본과 나노섬유는 또한 직조된 그래핀과 유사하게 벌크 고체로 직조된다.

전기적, 자기적, 광학적 특성이 개별 양자점에서 총합까지의 해상도 수준에서 실시간으로 조정될 수 있기 때문에, 주어진 순간에 PQDA는 컴퓨트로늄 (아날로그, 디지털, 양자), 광전지, 광학 또는 레이더 위상 배열, 열 또는 광학 카메라, 저전력 전자석, 단순 거울 등 무엇이든 기능할 수 있다. 또는 어레이의 다른 섹션이 병렬로 다른 기능을 실행하도록 설정되어 여러 능력을 동시에 제공할 수 있다.

독립형 장치로 작동하든 다른 기술과 결합하여 작동하든, 이러한 유연성은 여러 PQDA 기반 응용 프로그램으로 이어졌다. 특히 주목할 만한 예로는 다음이 있다:

스마트 페인트 - 편리한 표면에 적층된 제어 및 전력 시스템 위의 PQDA 층. 실내용, 전천후용, 수중용, 생체 적합성, 심우주용 버전이 애니메이션 문신에서 우주복 및 선체에 이르기까지 모든 용도로 일반적으로 사용 가능하다. 작동 모드에 따라 PQDA 층은 다음을 생성할 수 있다:

• 덮인 표면의 모든 부분에 통합 터치 컨트롤이 있거나 없는 고해상도 '현실 수준' 디스플레이 정적 또는 완전 애니메이션. 설계에 따라 디스플레이는 단단하거나 천만큼 유연할 수 있다.

• 덮인 표면의 모든 지점에서 광학 및 무선 주파수 센서 및 통신 시스템. 두 기술 모두 자외선 및 적외선을 포함한 광범위한 주파수에서 작동할 수 있으며 어레이의 한 지점에서 다른 지점으로 즉시 이동하거나 활성 상태를 유지하면서 그것을 가로질러 '슬라이드'할 수 있다.

• 다양한 주파수 범위에서 덮인 표면의 어디서나 고해상도 시점을 제공할 수 있는 '가상 카메라'.

• PQDA 시스템 또는 그것이 부착된 기질 및 구조에 전력을 공급/재충전할 수 있는 광전지 어레이.

• 화학 반응을 촉발하거나 화학 결합을 끊기 위해 레이저 광을 포함한 빛을 방출할 수 있는 광화학 박막.

유틸리티 포그 또는 유사한 기술과 결합될 때, 스마트 페인트 효과는 안개 부피 내의 모든 지점에서도 생성될 수 있다. 환경에 방출될 때 자기 조직화되도록 프로그래밍된 특수 나노 및 마이크로봇 시스템에 통합될 때, 스프레이식 디스플레이, 카메라, 센서 및 제어 표면을 사용할 수 있게 된다.

또한, 충분한 에너지와 냉각이 있으면, PQDA 기반 광학 위상 배열은 무기급 레이저를 생성할 수 있지만, 전용 시스템에 비해 범위와 전체 출력이 제한된다.

가상 브레이싱 - 자기 또는 초전도 모드에서 사용되는 PQDA는 구조 내 모든 지점에서 제어된 방식으로 유연함에서 단단함으로 그리고 다시 되돌아갈 수 있다. 이 효과는 전용 시스템보다 훨씬 약하지만, PQDA 기반 장치는 훨씬 가벼워 질량을 최소로 유지하는 것이 바람직한 응용 분야에서 유용하다.

가상 브레이싱은 주로 라이트세일과 대형 망원경 거울에 사용되며, 이들의 구성 요소는 마이크론 단위로 측정되는 두께를 가지고 있다. 반사 표면 뒤쪽의 PQDA 층은 더 무거운 제어 라인이나 모터를 사용하지 않고도 굽힐 수 있게 한다. 이것은 라이트세일 시스템에 특히 유용하지만 더 큰 망원경 거울에도 응용된다. 적절히 제어되면, PQDA 층은 거울이 목표 위치에 굽히고 초점을 맞추게 하거나 거울의 다른 부분이 독립적으로 굽히게 하여 망원경이 여러 위치를 동시에 관찰할 수 있게 한다.

한계

매우 다재다능하고 널리 사용되지만, 모든 기술과 마찬가지로 PQDA는 장점과 한계를 모두 가지고 있다. 모든 나노 전자 장치와 마찬가지로, PQDA는 높은 수준의 이온화 방사선이 있는 환경에서 작동할 때 차폐 내부에서 보호되거나 능동적 자가 수리 시스템을 사용해야 한다. PQDA로 생성될 수 있는 일부 시스템은 다른 방법으로 생성된 최고 제품과 비교할 때 열등한 특성과 성능을 가지고 있다. 예를 들어, PQDA로 생성된 전자석은 전용 재료로 형성된 것보다 수십 배 약한 자기장 강도를 가진다.

다른 방법으로는 만들 수 없는 장치 및 시스템의 생성을 넘어서, PQDA의 유용성은 나노초 내에 하나 이상의 원하는 항목을 생성하고, 더 이상 필요하지 않을 때 거의 즉시 다른 것으로 교체할 수 있는 능력에 있다.

각주

<sup>1. 양자점은 전자 또는 전자 정공이 양자 구속된 3차원 나노스케일 구조이다. 구속된 전하 운반체는 인공 원자를 형성한다. 양자점은 두 가지 근본적으로 독특한 클래스로 제공된다: 고정 및 가변. 고정 양자점은 제조 순간에 구속된 전하 운반체의 수가 영구적으로 고정된다. 대조적으로, 가변 점은 외부 입력에 의해 제조 후 전하 운반체의 수를 조정할 수 있다.↩
2. 일반적인 PQDA 나노섬유는 직경이 60-80 nm이며 둘레에 10-13개의 양자점을 가지고 있다.↩</sup>