تم إنشاء نوع جديد من بلورات الوقت التي تقوم بأشياء مثيرة للاهتمام للضوء: تنبيه علمي

لا يزال العلماء يتصارعون مع خصوصيات وعموميات الأجسام الغريبة التي تسمى بلورات الفترة. أزيز الهياكل مع الحركة إلى الأبد. الآن يمكن لنوع جديد أن يساعد في تعميق فهمنا لحالة المادة الفوضوية.

في حين أن البلورات العادية عبارة عن ذرات وجزيئات تكرر نفسها في الفضاء ، فإن بلورات الوقت هي مجموعات من الجسيمات التي تتشابك مع الأنماط بمرور الوقت بطرق تبدو في البداية أنها تتحدى العلم.

نظريًا في عام 2012 قبل أن يتم ملاحظته في المختبر لأول مرة بعد أربع سنوات ، كان الباحثون منشغلين في إصلاح الهياكل لاستكشاف الأسس الأعمق لفيزياء الجسيمات وإيجاد التطبيقات المحتملة.

في هذه الدراسة الأخيرة ، تم تطوير نوع جديد من بلورات الزمن “الضوئية”. تعمل على ترددات الميكروويف ، يمكنها تنظيف وتضخيم الموجات الكهرومغناطيسية ، واعدة بتطبيقات مستقبلية في أنظمة الاتصالات اللاسلكية ، وتطوير الليزر ، والدوائر الإلكترونية.

“في بلورة الزمن الفوتونية ، يتم ترتيب الفوتونات في نمط متكرر بمرور الوقت.” هو يقول المؤلف الرئيسي Xuchen Wang هو مهندس نانوي في معهد كارلسروه للتكنولوجيا في ألمانيا.

“هذا يعني أن الفوتونات في البلورة متماسكة ومتماسكة ، مما يؤدي إلى تداخل بناء وتضخيم الضوء.”

بالإضافة إلى ذلك ، وجد فريق البحث أن الموجات الكهرومغناطيسية التي تنتقل على الأسطح والأمواج من البيئة المحيطة يمكن تضخيمها.

في صميم البحث ، يوجد نهج ثنائي الأبعاد يعتمد على صفائح فائقة الرقة من المواد الاصطناعية Metasurfaces. في السابق ، تم إجراء بحث في بلورات الوقت الضوئية باستخدام مواد ثلاثية الأبعاد ضخمة: يصعب جدًا إنشاء هذه المواد ودراستها على العلماء ، ولكن التحول إلى 2D هو طريقة سريعة وسهلة للتجربة – واكتشف كيف يمكن أن تكون هذه البلورات المستخدمة في أنظمة العالم الحقيقي.

على الرغم من أنها أبسط من الهياكل ثلاثية الأبعاد الكاملة ، إلا أنها تشترك في بعض الخصائص الرئيسية مع بلورات الوقت الضوئية وتحاكي سلوكها – بما في ذلك الطريقة التي تتفاعل بها مع الضوء. هذه هي المرة الأولى التي يُظهر فيها أن بلورات الزمن الفوتونية تضخم الضوء بهذه الطريقة المحددة وإلى هذه الدرجة الرائعة.

“لقد وجدنا أن تقليل الأبعاد من هيكل ثلاثي الأبعاد إلى هيكل ثنائي الأبعاد يبسط التنفيذ بشكل كبير ، مما يجعل من الممكن تحقيق بلورات التوقيت الضوئية.” هو يقول وانغ.

على الرغم من أن تطبيقات العالم الحقيقي لا تزال بعيدة بعض الشيء ، فإن نهج استخدام الأسطح ثنائية الأبعاد لإنشاء ودراسة بلورات التوقيت الفوتوني سيجعل هذا النوع من البحث أكثر وضوحًا في المستقبل.

على سبيل المثال ، يمكن أن يساعد اكتشاف تضخيم الموجات الكهرومغناطيسية على الأسطح في نهاية المطاف في تحسين الدوائر المتكاملة الموجودة في كل مكان من الهواتف إلى السيارات: سيكون الاتصال داخل هذه الدوائر سريعًا وسلسًا.

ثم هناك اتصالات لاسلكية ، والتي يمكن أن تعاني من تدهور الإشارة عبر مسافات طويلة (وهذا هو السبب في أنك قد لا تتمكن من الحصول على شبكة Wi-Fi في الجزء العلوي من منزلك). يعد طلاء الأسطح ببلورات التوقيت الضوئية ثنائية الأبعاد بتحسين هذا الوضع.

“مع انتشار الموجة السطحية ، فإنها تعاني من خسائر مادية ، وتقل قوة الإشارة.” هو يقول الفيزيائي فيكتور أسااتشي من جامعة آلتو في فنلندا.

“نظرًا لتكامل بلورات الوقت الضوئية ثنائية الأبعاد في النظام ، يمكن تضخيم الموجة السطحية ، ويمكن تحسين كفاءة الاتصال.”

نشرت في الأطروحة التقدم العلمي.