論文の概要: Pentagonal Photonic Crystal Mirrors: Scalable Lightsails with Enhanced Acceleration via Neural Topology Optimization
- arxiv url: http://arxiv.org/abs/2407.07896v1
- Date: Wed, 10 Jul 2024 17:59:55 GMT
- ステータス: 処理完了
- システム内更新日: 2024-07-11 15:33:18.709136
- Title: Pentagonal Photonic Crystal Mirrors: Scalable Lightsails with Enhanced Acceleration via Neural Topology Optimization
- Title（参考訳）: ペンタゴナルフォトニック結晶ミラー:ニューラルトポロジー最適化による加速強化されたスケーラブルライトセイル
- Authors: L. Norder, S. Yin, M. J. de Jong, F. Stallone, H. Aydogmus, P. M. Sberna, M. A. Bessa, R. A. Norte,
- Abstract要約: Starshot Breakthrough Initiativeは、20年以内に1グラムのマイクロチッププローブをAlpha Centauriに送ることを目指している。
このミッションには、ナノテクノロジーの基本に挑戦するライトセール材料が必要である。
60 x 60 mm$2$, 200nmの厚さの単層リフレクターを10億以上のナノスケール特性で穿孔した。
- 参考スコア（独自算出の注目度）: 0.0
- License: http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
- Abstract: The Starshot Breakthrough Initiative aims to send one-gram microchip probes to Alpha Centauri within 20 years, using gram-scale lightsails propelled by laser-based radiation pressure, reaching velocities nearing a fifth of light speed. This mission requires lightsail materials that challenge the fundamentals of nanotechnology, requiring innovations in optics, material science and structural engineering. Unlike the microchip payload, which must be minimized in every dimension, such lightsails need meter-scale dimensions with nanoscale thickness and billions of nanoscale holes to enhance reflectivity and reduce mass. Our study employs neural topology optimization, revealing a novel pentagonal lattice-based photonic crystal (PhC) reflector. The optimized designs shorten acceleration times, therefore lowering launch costs significantly. Crucially, these designs also enable lightsail material fabrication with orders-of-magnitude reduction in costs. We have fabricated a 60 x 60 mm$^2$, 200nm thick, single-layer reflector perforated with over a billion nanoscale features; the highest aspect-ratio nanophotonic element to date. We achieve this with nearly 9,000 times cost reduction per m$^2$. Starshot lightsails will have several stringent requirements but will ultimately be driven by costs to build at scale. Here we highlight challenges and possible solutions in developing lightsail materials - showcasing the potential of scaling nanophotonics for cost-effective next-generation space exploration.
- Abstract（参考訳）: Starshot Breakthrough Initiativeは、20年以内に1グラムのマイクロチッププローブをAlpha Centauriに送ることを目的としている。
このミッションには、ナノテクノロジーの基礎に挑戦する照明材料が必要であり、光学、材料科学、構造工学の革新を必要としている。
あらゆる次元で最小限にしなければならないマイクロチップのペイロードとは異なり、このようなライトセイルは、反射率を高め質量を減らすために、ナノスケールの厚さと数十億のナノスケールの穴を持つメートルスケールの寸法を必要とする。
我々の研究は、ニューラルトポロジー最適化を採用し、新しい五角形格子型フォトニック結晶(PhC)の反射体を明らかにした。
最適化された設計は加速時間を短縮し、打ち上げコストを大幅に削減した。
重要な点として、これらのデザインは、コストのオーダー・オブ・マグニチュード(英語版)削減によるライトセール材の製造を可能にする。
我々は60 x 60 mm$^2$, 200nmの厚さの単層リフレクターを10億個以上のナノスケール特性で孔食し, 今までで最高のアスペクト比のナノフォトニック素子を作製した。
我々はm$^2$あたり9000倍のコスト削減を達成した。
スターショットライトセイルにはいくつかの厳しい要件があるが、最終的には大規模に製造するコストによって駆動される。
ここでは、照明材料の開発における課題と解決の可能性を強調し、コスト効率のよい次世代宇宙探査のためのナノフォトニクスのスケーリングの可能性を示す。
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