مادة خارقة مبتكرة تدفع لخطوة جديدة في عالم الضوئيات

ينتشر الضوء كموجة كهرطيسية أي أن الحقلين الكهربائي والمغناطيسي المنتشرين سويةً ينتشران كأمواج. تتمتع الأمواج الضوئية بعدة خواص منها استقطاب الضوء أي جهة الحقل الكهربائي (أو المغناطيسي) خلال انتشار الموجة. فمثلا عندما ينتشر الحقل الكهربائي (أو المغناطيسي) في نفس المستوي نقول أن الضوء "مستقطب خطياً". مثال ذلك الضوء الذي مر عبر قطعة من بلاستيك البولورويد المستخدم في النظارات الشمسية. ويعتبر التحكم في هذه الخاصة أمراً هاما للاستفادة من الضوء في التطبيقات الالكترونية.

اكتشف فريق من العلماء في جامعة استراليا الوطنية ANU سر القدرة على فتل استقطاب الضوء متى شئنا وكيفما نريد. ويشكل هذا الكشف أحدث خطوة في علم الضوئيات وهو بديل الدارات الالكترونية السابقة ولكنه أسرع وأصغر حجماً وأقل تطلبا للكربون.وقد تمكن الفريق من صنع أحدث نوع من المواد الخارقةmetamaterial وهي مواد صنعية تملك خواص استثنائية تختلف اختلافا كليا عن المواد الطبيعية. ويقول الباحث مينغكاي ليو طالب دكتوراه وكاتب المقال الرئيسي " تستطيع هذه المادة فتل الضوء أشد بعدة أضعاف مما تستطيعه المواد الطبيعية "ويضيف "نستطيع تفعيل أو إيقاف هذا الأثر مباشرة من خلال الضوء".

تساهم صناعة الالكترونيات بحوالي 2% من إجمالي الانبعاثات الكربونية العالمية، ومن المحتمل أن ينخفض هذا الرقم بشكل كبير بفضل الاعتماد على علم الضوئيات. فقد استبدلت الكهرباء بالضوء المنقول عبر ألياف ضوئية لنقل الإشارات لمسافات طويلة. الخطوة التالية هي تطوير بدائل ضوئية للرقاقات الالكترونية داخل الحاسوب ، وذلك عن طريق تفعيل التحكم في خصائص الضوء ومنها استقطابه على سبيل المثال.

تنتج قدرة المواد الفائقة على تدوير استقطاب الضوء من عدم التناظر في شكل الجزيء، توجد هذه الخاصة في المواد الطبيعية أيضا ، فمثلا ، جزيء السكر هو جزيء غير متناظر ولذلك فان خاصية تدوير الاستقطاب يمكن استخدامها لقياس تركيز السكر، ما يعتبر أمراً هاما في أبحاث مرض السكري.

يقترح الدكتور ديفيد – أحد المشاركين في البحث – أن الخصائص الرائعة لهذه المواد الصنعية قد تستخدم بدايةً في صناعة الضوئيات الناشئة، وذلك يعتبر أداة جديدة تماما في معالجة الضوء إذ يمكن أن تحلّ رقاقات رفيعة من تلك المواد محل مجموعات ضخمة من العدسات والمرايا، وهذا التصغير يمكن أن يقود إلى ابتكار أجهزة (الكترونية-ضوئية) أكثر فعالية. أجهزة تعمل كالترانزستورات الالكترونية مثلا ولكن بالاعتماد على الضوء.

تتشكل المواد الخارقة من بلورات من ذرات معدنية، تتمتع هذه البلورات بأشكال متعددة وتدعى بالذرات الخارقة. ولكي يتمكنوا من تدوير الضوء استخدم الباحثون أزواج من الذرات الخارقة على شكل حرف C مربوط احدها فوق الآخر بواسطة "سلك دقيق" . وعند تسليط الضوء على زوج الذرات هذه، تلتف الذرة العلوية مما يجعل النظام غير متناظر.يقول الباحث ليو " إن سبب الاستجابة العالية لهذا النظام هو سهولة جعل الاجسام المعلقة تدور".

وبالنسبة لآلية الاستفادة من خصائص المواد الخارقة فانه وبسبب تأثيرات الضوء على تناظر المواد السابقة بإمكانك ضبط استجابة المادة بسهولة عن طريق التحكم بسطوع الحزمة الضوئية المسلطة عليها، وعملية التحكم بضبط تلك المواد هي خطوة هامة نحو تصنيع أجهزة تستعمل تلك المواد الخارقة.

المصدر: هنا

البحث المنشور: هنا