عاجل | العلماء يلتقطون ضوءًا في فخ أرق 2000 مرة من شعرة الإنسان: ScienceAlert

لقد تمكن العلماء من ذلك عوارض المصيدة من ضوء الأشعة تحت الحمراء في شبكة من الذرات المصممة خصيصًا بسمك 42 نانومتر فقط. وهذا أرق بحوالي 2000 مرة من شعرة الإنسان أو حتى قطعة أرق من ورقة عادية.

يعد هذا الإنجاز المثير للإعجاب، الذي قاده فريق من جامعة وارسو في بولندا، بآثار كبيرة على ذلك الالكترونيات القائمة على الضوء، حيث تستمر مكونات التكنولوجيا في أن تصبح أصغر حجمًا وأكثر دقة.

إنه أيضًا تقدم ملحوظ في دراسة ضوء الأشعة تحت الحمراء، والتي لها أطوال موجية أطول من الضوء المرئي. إن القدرة على احتجاز ضوء الأشعة تحت الحمراء في مساحات صغيرة يمثل تحديًا يمكن دفعه قيود الفيزياء.

"إن النتائج المقدمة واعدة لتحقيق أجهزة مسطحة ومضغوطة للغاية لليزر والتحكم في واجهة الموجة والحالات الطوبولوجية ذات الترتيب العالي للضوء." يكتب الباحثون في ورقتهم المنشورة.

يكمن مفتاح التجربة التي تم إجراؤها هنا في المادة المستخدمة في الشبكة التي تثبت الضوء في مكانه. انها مصنوعة من ذرات الطبقات الموليبدينوم و السيلينيوم، مما يؤدي إلى إنشاء ثنائي سيلينيد الموليبدينوم الرقيق جدًا (MoSe₂) بناء.

يعمل هذا البناء الكيميائي الخاص على زيادة مؤشر انكسار الشبكة، وقدرتها على ثني الضوء وإبطائه (الجاهز للاصطياد).

بينما MoSe₂ منذ فترة طويلة كان معروفا للحصول على معامل انكسار مرتفع، فقد ثبت في السابق أن تصنيعه بشكل موثوق على أصغر المقاييس يمثل مشكلة.

في هذه الدراسة الجديدة، استخدم الباحثون طريقة "الطباعة" الذرية المعروفة باسم تنضيد الشعاع الجزيئي (MBE) لإنشاء MoSe₂ أوراق. بالإضافة إلى زراعة الصفائح، قام الباحثون أيضًا بنحت خطوط مجهرية فيها - مع وجود فجوات أصغر من الطول الموجي للأشعة تحت الحمراء (الطول الموجي الفرعي) - جاهزة لتثبيت الفوتونات في مكانها.

كانت هناك حاجة إلى خدعة فيزيائية أخرى لكي ينجح هذا الأمر، تسمى ""حالة ملزمة في الاستمرارية"(BIC). إنها ظاهرة، في هذه الحالة، تكون موجات الضوء محصورة داخل المادة على الرغم من تعايشها مع موجات أخرى تشع بعيدًا.

لإنشاء BIC، يجب تصميم المواد اللازمة لها وتكوينها بدقة، وهو ما شدّده الباحثون من خلال نمذجة MoSe بعناية₂ صريف قبل بناءه.

"لقد استغلنا معامل الانكسار العالي بشكل استثنائي لـ MoSe₂ لتصميم وإنتاج MoSe بشكل مبتكر₂شبكات شبكية ذات أطوال موجية فرعية تستضيف BICs" يكتب الباحثين.

هناك بعض التطبيقات الواقعية المحتملة لهذه الفيزياء المعقدة. يواصل العلماء استكشاف فكرة الحوسبة البصرية - حيث تحل فوتونات الضوء محل الإلكترونات والكهرباء - مما قد يؤدي إلى تحسين سرعات المعالجة بشكل كبير مع تقليل حجم المكون.

في حين لا تزال هناك عقبات كثيرة أمام الحوسبة الضوئية يمكن أن تصبح قابلة للحياة، تُظهر العروض التوضيحية مثل تلك المفصلة هنا أنه قد يكون من الممكن احتجاز الضوء والتعامل معه بالدرجة اللازمة من الدقة - وعلى أصغر المقاييس.

فيما يتعلق بهذه المادة المحددة ومصيدة الضوء، هناك حاجة إلى مزيد من العمل قبل أن يتم نشرها بشكل موثوق على نطاق واسع. لم تكن عملية زراعة الصفائح التي توصل إليها الفريق مثالية، لذلك تم صقل المادة بأنسجة حريرية لإزالة التناقضات.

ومع ذلك، فإن الباحثين واثقون من إمكانية تطوير نهجهم بشكل أكبر، بل وحتى توسيعه ليشمل مجالات أخرى.

مو سي₂ ينتمي إلى عائلة أكبر من المواد فائقة الرقة تسمى ثنائي كالكوجينيدات المعادن الانتأوضحية (TMDs)، والأمل معقود على إيجاد طرق جديدة لإنتاج ومعالجة TMDs بشكل أكثر موثوقية.

وهذا من شأنه أن يمهد الطريق لأدوات أصغر وأسرع من تلك التي لدينا اليوم، والتي تم بناؤها جزئيًا عن طريق محاصرة الضوء في مساحات صغيرة بشكل لا يصدق.

متعلق ب: توقف موجات الضوء في بلورة يعد بطرق جديدة للتحكم في الفوتونات

"سهولة وبساطة معالجة MoSe₂ تؤكد أن التصميمات الأخرى للهياكل الضوئية، مثل الأسطح ثنائية الأبعاد المستندة إلى طبقات TMD، قابلة للتنفيذ. يكتب الباحثين.

وقد تم نشر البحث في ايه سي اس نانو.