دانشمندان اولین کریستال زمانی فوتونیک جهان را ساختند؛ فناوری پیشرفته برای کنترل نور

پژوهشگران فرانسوی و آلمانی موفق شدند اولین «کریستال زمانی فوتونیک» (PTC) جهان را بسازند. این دستاورد امکان تغییر و بازطراحی رفتار نور در فرکانس‌های تراهرتز (THz) را فراهم می‌کند و می‌تواند ما را چند قدم به کامپیوترهای نوری فوق‌سریع، سیستم‌های ارتباطی هوشمندتر، ابزارهای تصویربرداری پیشرفته و نسل جدیدی از لیزرهای قابل تنظیم نزدیک‌تر کند.

به گزارش دیجیاتو به نقل از ساینس‌دیلی، این دستاورد حاصل همکاری دانشمندانی از مؤسسه علمی پلی‌تکنیک فرانسه، کلژ دو فرنس و مرکز پژوهشی HZDR در آلمان است.

کریستال زمانی فوتونیک برای کنترل نور

کریستال‌های فوتونیک معمولی، موادی با ساختار نانویی و دارای الگوهای نوری تکرارشونده هستند که نحوه حرکت فوتون‌ها را کنترل می‌کنند. دانشمندان با چیدن دقیق موادی که شکل‌ها و ضریب شکست متفاوتی دارند، می‌توانند طول‌موج‌های خاصی از نور را مسدود و هدایت کنند یا ارتقا دهند؛ عملکردی که شبیه به نحوه کنترل الکترون‌ها در نیمه‌رساناها است.

در آزمایش‌های قبلی مشخص شده بود که عواملی مثل دما یا میدان‌های مغناطیسی می‌توانند توانایی کریستال‌های فوتونیک را در به دام‌انداختن نور تغییر دهند. اما پس از اعمال این شرایط، رفتار نوری ماده در طول زمان ثابت باقی می‌ماند.

اما دستگاه جدید پا را بسیار فراتر گذاشته است. ویژگی‌های نوری این کریستال جدید به‌صورت دینامیکی در مقیاس‌های زمانی پیکوثانیه، یعنی مقیاسی بسیار نزدیک به نوسانات خود نور، تغییر می‌کند. این کریستال فوتونیکی به‌جای اتکا به الگوهای تکرارشونده در فضا، یک الگوی تکرارشونده در زمان ایجاد می‌کند.

دست‌یابی به چنین کنترل سریعی نیازمند ساخت ابزاری فوق‌العاده پیچیده و دقیق بود. پژوهشگران ساختاری از کریستال‌های فوتونیک به نام «متامواد پلاسمونیک» را طراحی کردند. این متامواد از ساختارهای طلایی در مقیاس میکرومتر تشکیل شده‌ که روی یک لایه عایق و نیمه‌رسانایی از جنس ایندیم آنتیمونید قرار گرفته‌اند. ساختارهای طلا حفره‌های بسیار کوچکی ایجاد می‌کنند که نور را در فضای میان طلا و نیمه‌رسانا محبوس می‌کند.

وقتی سطح نیمه‌رسانا تحریک می‌شود، پلاسمون‌های سطحی تولید می‌شوند؛ پلاسمون‌های سطحی نوسانات جمعی از الکترون‌ها هستند که می‌توانند نور را شکار و نوسانات آن را حفظ کنند. این برهم‌کنش به دانشمندان امکان داد تا فوتون‌های به‌دام‌افتاده را با سرعتی فوق‌العاده کنترل کنند.

کریستال‌های زمانی فوتونیک درنهایت می‌توانند نحوه به‌کارگیری نور در فناوری‌های دوران جدید را دگرگون کنند. توانایی آن‌ها در تغییردادن ویژگی‌های نور در مقیاس‌های زمانی فوق‌العاده کوتاه می‌تواند به ساخت لیزرهای بسیار سریع برای تصویربرداری پزشکی و شبکه‌های مخابراتی پیشرفته منجر شود.

یافته‌های این پژوهش در ژورنال Nature منتشر شده است.

تماشاخانه

قلعه قمیشلو؛ میراثی از حاکم ظالم که مردم نجاتش می‌دهند / یک اتاق عجیب پر از بریده‌های روزنامه‌های خارجی و برج نیم‌دایره مرموز

سلطان قلب‌ها؛ از سلطان ملودی‌ها تا تسخیر قلب عالم

فیلم های دیگر