هدایت نور به شیوه‌های بی‌سابقه با همکاری دانشمند ایرانی

برای نخستین بار در جهان صورت گرفت:
هدایت نور به شیوه‌های بی‌سابقه با همکاری دانشمند ایرانی

 ماده جدید ساخته شده با همکاری سیدرضا هاشمی‌زاد به محققان اجازه خواهد داد تا جریان و تابش نور را به شیوه‌های جدید از طریق جداسازی از مسیرهای بسیار زاویه‌ای و محدود نور دیکته شده در داخل بلورهای فوتونیک منظم دستکاری کنند.

در عوض ماده جدید می‌تواند به راههایی با شکل دلخواه، موجدار، منحنی و به شدت خم برای هدایت نور منجر شود.

کاربردهای این مواد جدید در آینده محقق خواهد شد، اما شاید بتوان از آنها برای پنلهای خورشیدی بصرفه‌تر و نمایشگرهای درخشان استفاده کرد. نور با شکل آزاد که در میان مواد حرکت کرده می‌تواند بطور خاص برای طراحی مدارهای نوری جمع‌وجور در پردازش سیگنال و ارتباط از راه دور مفید باشد.

شکاف باند فوتونیک به هدایت فوتونها به شیوه مشابه هدایت جریان الکترونها توسط نیمه‌رساناها در دستگاههای الکترونیکی مدرن کمک می‌کند. محققان با مسدود کردن نور با انرژی یا فرکانس خاص بطوری که نتواند در ماده منتشر شده یا وجود داشته باشد، به این دستاورد رسیده‌اند.

مواد شکاف نوری فوتونیک در طبیعت بسیار نادرند؛ اگرچه می‌توان آنها را بر روی بال رنگین‌کمانی برخی پروانه‌ها و یا روی سنگهای اوپال که طول موجهای خاص نور قادر به ورود به تمام زوایا نبوده، قابل مشاهده هستند.

همیشه باورها بر این بوده که یک شکاف باند فوتونیکی در مواد ساخته شده باید بر بازتاب در لایه‌های سازه‌های بلوری مانند بلورهای سیلیکون تکیه داشته باشد اما اخیرا دانشمندان با استفاده از شبیه‌سازیهای عددی پیش‌بینی کرده‌اند که امکان برخورداری از شکاف باند فوتونیکی در ساختارهای نامنظم وجود دارد.

یک الگوی دوره‌ای منظم مانند کاشی‌های کف حمام تنها با شکلهای خاص مانند شش ضلعی، مثلث یا مربع قابل ساخت است. به این دلیل، مواد شکاف باند فوتونیکی منظم دوره‌ای به انتقال نور در مسیرهای خاص در امتداد جهتهای خاص بلور محدود هستند.

ماده جدید هاشمی‌زاد و همکارانش نامنظم بوده و از این رو به تقارن چرخشی خاص مانند کاشی‌های حمام محدود نیست. این امر بدان معنی است که می‌توان آنها را همسانگرد ساخت.

به گفته محققان، این ترکیب ویژگیها به ارائه بستر با شکل آزاد خواهد پرداخت تا دانشمندان بتوانند هر نوع مسیر خم شده یا منحنی را برای هدایت جریان نور انتخاب کنند.

از آنجایی که این ماده در همه جهات مشابه بوده، از ویژگیهای فوتونیک مشابه در همه جهات برخوردار است. این کیفیت ممکن است در تجهیزات آینده که نیازمند جمع‌آ‌وری یا تابش نور در یک راه یکسان مانند پنل انرژی خورشیدی یا نمایشگر هستند، مفید باشد.

محققان با یک الگوی نقطه برای طراحی مواد نامنظم کارشان را آغاز کردند. این طرح سپس به شکل یک فایل رایانه‌ای برای چاپ سه‌بعدی ساختار پایه با حفره‌ها و شکافهای دقیق که مونتاژ میله‌ها و ورقه های آلومینیوم را هدایت می‌کردند، تبدیل شد.

ماده جدید در مقیاس یک سانتیمتری ساخته شده و با ریزموجها که از طول موج طولانی‌تری نسبت به نور مرئی برخوردارند، آزمایش شده است. محققان بر این باورند که می‌توانند بزودی این ماده را به مقیاسهای کوچکتر تبدیل کرده تا طول‌موجهای کوتاهتر نور مرئی و مادون قرمز انتقال دهد.

آنها اکنون در حال کار برای ساخت این مواد در مقیاس 500 نانومتر هستند.

این پژوهش در مجله مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است./ ایسنا

 

 

ویدیو مرتبط :
راکت هدایت لیزری تالون با همکاری بین ریتیان و امارات

---

خواندن این مطلب را به شما پیشنهاد میکنیم :

گام بلند دو دانشمند ایرانی درعرصه نامرئی سازی/ ابداع دستگاه آشكارساز نامرئی نور

 

گام بلند دو دانشمند ایرانی درعرصه نامرئی سازی/

ابداع دستگاه آشكارساز نامرئی نور

تیمی از دانشمندان دانشگاه های استنفورد و پنسیلوانیا با همكاری دو محقق ایرانی با استفاده از پوشش فلز بازتابی، دست به ساخت یك دستگاه نامرئی آشكارساز نور زده‌اند كه بدون دیده شدن، قادر به مشاهده است.

ایسنا:  پرفسور نادر انقطاع، استاد ایرانی دانشگاه «پنسیلوانیا» كه پیش از این به دلیل ابداع شیوه‌ای برای غیر قابل رویت كردن اجسام جزو 50 شخصیت برجسته سال در حوزه علوم، اقتصاد و فن‌آوری معرفی شده بود، با همكاری فرزانه افشین‌منش، دانشجوی دكتری دانشگاه استفورد و دیگر محققان با تطبیق نسبت فلز به سیلیكون كه به عنوان تنظیم‌كننده هندسه شناخته شده، به بهره‌برداری از فیزیك مقیاس نانو پرداخته است.

طبق این قانون، نور بازتابی از دو ماده، یكدیگر را خنثی كرده و باعث نامرئی شدن دستگاه می‌شود.

آشكار كردن نور نسبتا ساده و شناخته‌شده است. سیلیكون در زمان انتشار نور بر آن به تولید جریانهای الكتریكی پردازد، پدیده ای كه در پانلهای خورشیدی و حسگرهای نوری امروزی استفاده می شود.

این در حالی است كه این دستگاه، یك نوآوری جدید بوده كه در آن برای اولین بار از یك مفهوم جدید موسوم به « پنهان‌سازی پلاسمونیكی» برای نامرئی كردن دستگاه استفاده شده است.

حوزه پلاسمونیك به بررسی چگونگی تعامل نور با نانوساختارهای فلزی و القای جریانات كوچك الكتریكی دارای نوسان در سطح فلز و نیمه‌رسانا می‌پردازد. این جریانات در عوض به تولید امواج نوری پراكنده می‌پردازند.

این دانشمندان با طراحی دقیق دستگاه خود با تنظیم هندسه، دست به ساخت یك پنهان‌ساز پلاسمونی زده‌اند كه در آن نور پراكنده شده از فلز و نیمه رسانا یكدیگر را به خوبی از طریق پدیده‌ای موسوم به «تداخل مخرب» خنثی می‌كنند.

امواج نوری موج دار در فلز و نیمه رسانا به تولید یك تمایز بارهای مثبت و منفی در مواد در یك لحظه دو قطبی در اصطلاح فنی می‌پردازند. در این دستگاه دانشمندان باید به تولید یك لحظه دو قطبی در طلا پرداخته كه از لحاظ قدرت با سیلیكون مشابه بوده اما در علامت‌دهی به دوقطبی متضاد است.

زمانی كه دوقطبی‌های منفی و مثبت با قدرت مشابه با هم برخورد می‌كنند، یكدیگر را خنثی كرده و سیستم به شكل نامرئی در می‌آید.

به گفته محققان كه نتایج پژوهش آنها در مجله Nature Photonics منتشر شده، یك پوسته طلای به دقت مهندسی‌شده به طور چشمگیری واكنش نوری نانوسیم سیلیكونی را تغییر می‌دهد.

جذب نور در سیم كمی كاهش یافته، در حالیكه این كاهش در مورد پراكندگی نور به دلیل اثر پنهان‌سازی چندین برابر شده و نامرئی می‌شود.

این محققان نشان داده‌اند كه پنهان‌سازی پلاسمونی در بسیاری از طیف‌های مرئی نور موثر بوده و این تاثیر بدون توجه به زاویه نور ورودی یا شكل و جایگاه نانوسیم‌های دارای پوشش فلزی در دستگاه عمل می‌كند. آنها همچنین نشان دادند كه دیگر فلزات مرسوم در تراشه‌های رایانه‌‌یی مانند آلومینیوم و مس نیز از كارایی طلا در این دستگاه برخوردارند.

برای تولید حالت نامرئی تنها موضوع مهم، تنظیم فلز و نیمه رسانا است. به گفته محققان، اگر دو قطبی‌ها كاملا با یكدیگر هم‌تراز نشوند، تاثیر پوششی كم شده یا از بین می‌رود. برخورداری از میزان مناسب از مواد در مقیاس نانو نیز برای تولید بالاترین درجه پوششی مهم است.

مهندسان به پیش‌بینی كاركردهای آینده برای چنین دستگاه‌های فلز- نیمه‌رسانای قابل تنظیم در بسیاری از حوزه‌های مرتبط از جمله سلولهای خورشیدی، حسگرا، نورپردازی حالت جامد، لیزرهای مقیاس تراشه و دیگر موارد پرداخته‌اند.

برای مثال در دوربین‌های دیجیتال و سیستم‌های تصویربرداری پیشرفته، پیكسل‌هایی كه به طور پلاسمونی پنهان‌شده‌اند، می‌توانند تداخلات مخرب بین پیكسلهای مجاور تولید كننده حالت تیرگی و مه را كاهش دهند. این امر می‌تواند به تصاویر دقیقتر و واضحتر و تصاویر پزشكی منجر شود.