جنرال لواء

ابتكر العلماء مادة خارقة جديدة تسخر قوة الضوء بشكل أكثر فعالية


المواد الخارقة - المواد التي من صنع الإنسان والتي بدأت بدايتها كجزء من تقنية التخفي الناشئة خلال الحرب العالمية الثانية نظرًا لقدرتها على ثني الموجات في منطقة الراديو والميكروويف.

بفضل ابتكارات القرن الحادي والعشرين المتعلقة بالبصريات ، وتكنولوجيا النانو ، على وجه الخصوص ، تتقدم أيضًا مناهج جديدة للمواد الفوقية ، حتى أنها تقود إلى إنشاء مجال جديد في فيزياء الكم.

الآن فريق من الباحثين ، المكون من علماء من King's College London ، وجامعة هارتفورد ، وجامعة Paris Diderot و UMass Lowell طوروا مادة تقدم قدرات محسنة من حيث تسخير الضوء.

يتركز العمل حول المواد الخارقة.

نهج جديد لانحناء الضوء

شرع العلماء في تعزيز قدرات معالجة الضوء الحالية لهذه المواد الاصطناعية الدقيقة من خلال ابتكار طريقة جديدة لضبطها.

نظرًا لأن ثني موجات الضوء هو إحدى القدرات الأساسية للمواد الخارقة ، فإن إعادة تشكيل مجالاتها الكهرومغناطيسية يمكن أن تؤدي إلى توليد متناسق ثانٍ (SHG).

التفاعلات من الأسلاك النانوية المقذوفة بالفوتون - والتي تكون متباعدة 100 نانومتر بصرف النظر - يقود العملية.

SHG ، المعروف أيضًا باسم مضاعفة التردد ، هو عملية بصرية غير خطية تتضمن إدخال المادة الخارقة بفوتونين يشتركان في نفس التردد. النتيجة: فوتون جديد نصف الطول الموجي للفوتونات الأصلية ومع ذلك يمتلك ضعف الطاقة.

كما كانوا قادرين على استخدام المواد التي أظهرت خصائص غير خطية ضعيفة نسبيًا ، مما أدى إلى نتيجة مع خصائص غير خطية محسنة.

"يأتي التعزيز من الطريقة التي تعيد بها المادة الخارقة تشكيل تدفق الفوتونات."

يوضح فيكتور بودولسكي ، المؤلف المشارك للدراسة والباحث الرئيسي في UMASS Lowell: "يفتح العمل اتجاهًا جديدًا في التحكم في الاستجابة غير الخطية للمواد وقد يجد تطبيقات في الدوائر الضوئية على الرقاقة ، مما يؤدي إلى تحسين الاتصالات على الرقاقة بشكل كبير".

وتطرق بودولسكي أيضًا إلى كيفية تأثير إعادة معايرة التردد الذكية بشكل كبير فيما يتعلق بالأجهزة الفوتونية النانوية: "تستخدم رقائق الكمبيوتر اليوم الإلكترونات في الحوسبة".

"الإلكترونات جيدة لأنها صغيرة. ومع ذلك ، فإن تواتر الإلكترونات ليس بالسرعة الكافية. الضوء عبارة عن مزيج من الجسيمات الصغيرة ، تسمى الفوتونات ، والتي ليس لها كتلة. ونتيجة لذلك ، يمكن للفوتونات أن تزيد من معالجة الرقاقة سرعة."

بناءً على النتائج الإيجابية ، خلص الفريق إلى أن عملهم "يوضح [ظهور] استجابة بصرية غير خطية قابلة للضبط هيكليًا في مركبات plasmonic ويقدم منصة بصرية غير خطية جديدة مناسبة للضوئيات اللاخطية المتكاملة."

الصناعة وما بعدها

ضمن السياق الأوسع للتطبيق ، يدرك Podolskiy أيضًا أن أسلوبهم سيسمح لكليهما (1) التخلص التدريجي من المكونات القديمة المستخدمة في رقائق السيليكون و (2) تحسين قدرات الاتصال البصري على نفس الشريحة.

النتائج المقنعة تؤكد ذلك.

"النتيجة النهائية ستكون إزالة عنق الزجاجة في الاتصال ، مما يجعل الحوسبة الموازية تسير بشكل أسرع. الغالبية العظمى من الأشياء اليومية ، بما في ذلك المرايا والعدسات والألياف الضوئية ، يمكنها توجيه أو امتصاص هذه الفوتونات."

قال بودوسلكي: "مع ذلك ، يمكن لبعض المواد أن تجمع عدة فوتونات معًا ، مما ينتج عنه فوتون جديد ذو طاقة أعلى ولون مختلف".

تظهر تفاصيل الدراسة في ورقة بعنوان "البنية اللاخطية من الدرجة الثانية في المواد الفوقية البلازمية" ، والتي سيتم نشرها في 20 ديسمبر في بصريات مجلة.


شاهد الفيديو: كيف عرفنا سرعة الضوء قبل 500 سنة - باختصار (سبتمبر 2021).