ابتكار

يخترع العلماء مادة خفية "غير مرئية" مع وضع انعكاس إضافي

يخترع العلماء مادة خفية

اقترح فريق بحث دولي إنشاء مادة خارقة جديدة بخصائص بصرية قابلة للتعديل - دون الحاجة إلى إدخال ميكانيكي (أو يدوي) - مما قد يحسن موثوقية الجهاز البصري مع خفض تكاليف التصنيع ، وفقًا لمقال نشر في المجلة.بصريات.

ذات صلة: من المتوقع أن تكون عباءات التخفي أكثر من مجرد عروض أفلام

مادة خارقة "غير مرئية" في الأفق

أدى التطور المتسارع في علوم الفيزياء والمواد على مدار العقود الأخيرة إلى جلب مجموعة واسعة من المواد المتاحة للمجتمع. لكن الأشخاص الذين يصممون الأجهزة المعقدة الآن أقل تقييدًا بحدود المواد التقليدية مثل المعادن أو الزجاج أو الخشب أو المعادن. هذا هو المكان الذي تفتح فيه المواد الفوقية - التي تمت دراستها في جامعة ITMO وأماكن أخرى - فرصًا جديدة لاستخدامات جديدة.

تتكون المواد الخارقة من هياكل دورية معقدة ، وهي مستقلة نسبيًا عن خصائص مكوناتها المكونة ، ويمكن أن يكون لها هياكل حجمية أو مسطحة. هذا الأخير يسمى metasurfaces.

قال كبير الباحثين في قسم الفيزياء والهندسة بجامعة ITMO إيفان سينيف: "تسمح لنا السطوح المعدنية بتحقيق العديد من التأثيرات المثيرة للاهتمام في معالجة الضوء"بصريات. "لكن هذه السطوح الفوقية لها مشكلة واحدة: كيفية تفاعلها مع الضوء يتم تحديدها في اللحظة التي نصمم فيها هيكلها. عند إنشاء أجهزة للاستخدام العملي ، نود أن نكون قادرين على التحكم في هذه الخصائص ليس فقط في البداية ، ولكن أثناء استخدم أيضًا ".

صياغة "واجهات" جديدة

أثناء البحث عن مواد مناسبة للأجهزة البصرية التكيفية ، يستخدم باحثو جامعة ITMO خبرتهم الكبيرة في العمل مع السطوح السطحية السيليكونية لتوحيد الجهود مع زملائهم في جامعة إكستر في المملكة المتحدة - الذين يتمتعون أيضًا بخبرة كبيرة في العمل مع مواد تغيير الطور. إحدى هذه المواد هي مركب تيلورايد الأنتيمون الجرمانيوم (GeSbTe) الموجود في أقراص DVD.

قال بافيل تروفيموف ، طالب الدكتوراه في أقسام الفيزياء والهندسة ، "لقد أجرينا حسابات لمعرفة الشكل الذي ستبدو عليه هذه المادة المركبة الجديدة" بصريات. "لدينا تضمين GeSbTe كطبقة شيء بين طبقتين من السيليكون. إنه نوع من السندويتش: أولاً نغطي ركيزة فارغة بالسيليكون ، ثم نضع طبقة من مادة متغيرة الطور ، ثم بعض السيليكون. "

بعد ذلك ، استخدم العلماء طريقة الطباعة الحجرية بالحزمة الإلكترونية لتحويل البنية ذات الطبقات الجديدة إلى سطح خار. أخيرًا ، أصبحت مجموعة من الأقراص المجهرية لتخضع للاختبار في المختبر - لمعرفة مدى جودة معالجتها للضوء.

تغيير المرحلة: ترتيب غير مرئي ، انعكاس فوضوي

تمامًا كما توقع الباحثون ، أدى الجمع بين مادتين في بنية دورية معقدة إلى إنشاء وظيفة مهمة: يمكن تغيير مستوى شفافية السطح حديث الطراز طوال التجربة. هذا بسبب وجود قرص من السيليكون في منطقة الأشعة تحت الحمراء القريبة مع رنينين بصريين - مما يسمح له بعكس حزم الأشعة تحت الحمراء الموجهة نحو سطحه بقوة. تمنح طبقة GeSbTe العلماء القدرة على "إيقاف" أحد الرنين ، مما يجعل القرص شبه شفاف للضوء في الجزء القريب من الأشعة تحت الحمراء من الطيف.

المواد القادرة على تغيير الطور لها حالتان: الأولى متبلورة ، وتتضمن جزيئات مرتبة في بنية مرتبة ، والأخرى في حالة غير متبلورة. عندما يتم ترتيب طبقة GeSbTe في وسط المادة الخارقة في حالة بلورية ، يختفي الرنين الثاني - عندما يكون غير متبلور ، سيعكس القرص أشعة الأشعة تحت الحمراء.

قال بافيل تروفيموف: "للتبديل بين حالتي السطح الفائق ، استخدمنا ليزر نبضي قوي بدرجة كافية"بصريات. "من خلال تركيز الليزر على قرصنا ، يمكننا إجراء التبديل بسرعة نسبيًا. تعمل نبضة ليزر قصيرة على تسخين طبقة GeSbTe تقريبًا إلى نقطة الانصهار ، وبعد ذلك تبرد بسرعة وتصبح غير متبلورة. إذا قمنا بتعريضها لـ سلسلة من النبضات القصيرة ، تبرد ببطء أكثر ، وتستقر في الحالة البلورية. "

تفتح خصائص metasurface الجديدة الباب أمام مجموعة متنوعة من التطبيقات. الأكثر إثارة للاهتمام هو إنشاء الليدار - الأجهزة التي تمسح الفضاء عن طريق انبعاث نبضات الأشعة تحت الحمراء ثم استقبال الأشعة المنعكسة. قد يؤدي مبدأ إنشاء هذه المادة الخارقة أيضًا إلى تعزيز إنتاج عدسات فوتوغرافية فائقة الرقة ، مثل تلك التي نستخدمها جميعًا في كاميرات الهواتف الذكية.

مع استمرار علم المواد في تحقيق الاختراقات ، فإن العالم الآخذ في الاتساع من الإلكترونيات المتطورة - من الهواتف الذكية من فئة المستهلكين إلى الأجهزة العسكرية المتقدمة - قد يتخذ خطواته الأولى نحو ثورة صناعية كبرى.


شاهد الفيديو: القران يصف الماده المظلمه. الحلقه الثانيه من الاعجاز العلمي في القران مع محمد حنفي (شهر نوفمبر 2021).