قام المهندسون ببناء مرنان نانوي عازل يعمل على تركيز الضوء في حجم يصل إلى 12 مرة
ما هو حد الانعراج؟
حتى وقت قريب، كان هناك بين الفيزيائيينمن المعتقد على نطاق واسع أنه من المستحيل ضغط الضوء إلى ما دون ما يسمى بحد الحيود. هذا هو الحد الأدنى لحجم البقعة الذي يمكن الحصول عليه من خلال تركيز الإشعاع الكهرومغناطيسي.
الاستثناء هو استخدام المعدنالجسيمات النانوية، والتي، مع ذلك، تمتص الضوء أيضًا. ولذلك بدا من المستحيل ضغطه بقوة في المواد العازلة مثل السيليكون. وهذه مادة أساسية لتطوير الأجهزة المستقبلية. لديهم ميزة واحدة مهمة - فهي لا تمتص الضوء.
ومن المثير للاهتمام، في عام 2006، العلماء من الناحية النظريةأثبت أن حد الحيود لا ينطبق على العوازل الكهربائية. ومع ذلك، لم يتمكن أحد من إثبات ذلك عمليا. والسبب بسيط، إذ لم يتمكن المهندسون من بناء البنية النانوية العازلة اللازمة.
الآن موظفو الجامعة التقنيةنجحت الدنمارك في بناء مرنان نانوي عازل يعمل على تركيز الضوء في حجم أقل بـ 12 مرة من حد الحيود.
ما الذي ساعد العلماء؟
تصف نظرية حد الحيود هذا الضوءمن المستحيل التركيز في حجم أصغر من نصف الطول الموجي في النظام البصري. على سبيل المثال، يؤثر هذا على الدقة في المجاهر. ومع ذلك، يمكن أن تتكون الهياكل النانوية من عناصر أصغر بكثير من الطول الموجي. وهذا يعني أن حد الحيود لم يعد شيئًا أساسيًا.
عند ضغط الضوء ، يصبح أكثر شدة ، مما يعزز التفاعل بين الضوء والمواد. عازلة بشكل خاص.
ما هي المواد العازلة؟
العوازل هي مواد غير موصلة للكهرباءالتيار الكهربائي. يُعد الزجاج والمطاط والبلاستيك أمثلة على المواد العازلة للكهرباء، وهي على النقيض من المعادن الموصلة للكهرباء. مثال على المواد العازلة هو السيليكون، والذي غالبا ما يستخدم في الإلكترونيات وكذلك الضوئيات.
ما المشكلة؟
على الرغم من أن حسابات الكمبيوتر تظهر أنه من الممكن تركيز الضوء في نقطة متناهية الصغر، إلا أن هذا لا ينطبق إلا من الناحية النظرية.
وفي الدراسة الجديدة، استخدم العلماءجميع المعرفة المتاحة حول تكنولوجيا النانو الضوئية الحقيقية وقيودها الحالية وتحميلها على جهاز كمبيوتر. ثم "طلبوا" منه العثور على نمط يجمع الفوتونات في منطقة صغيرة غير مسبوقة، وهي تجويف نانوي بصري. لقد ساعد. تم تصنيع الجهاز في مختبر بنفس الجامعة.
نمط حيود شعاع الليزر الأحمر ،صُنع على لوح بعد المرور عبر ثقب دائري صغير في طبق آخر. تُستخدم البصريات الفيزيائية لشرح تأثيرات مثل الانعراج. المؤلف: Wisky
التجاويف النانوية الضوئية هي هياكلمصممة خصيصًا لحمل الضوء ومنعه من الانتشار. يبدو الأمر كما لو أنه محاصر بين مرآتين، يتم رميه ذهابًا وإيابًا. كلما اقتربت المرايا من بعضها البعض، كلما أصبح الضوء بينهما أكثر كثافة.
ما هو المصنوع من nanoresonator وكيف؟
لتجربة جديدة ، طور الفيزيائيون هيكلًا على شكل فراشة. بفضل شكله الخاص ، فإنه يضغط الفوتونات بشكل فعال. كان nanoresonator نفسه مصنوعًا من السيليكون.
تم تطوير مادة nanoresonator بشكل نقيتم تحسين وتصميم مباني الجامعة والقوالب التي يعتمد عليها التجويف باستخدام طريقة تحسين طوبولوجيا فريدة من نوعها.
الغرفة النظيفة هي غرفة الهواء فيهايتم الحفاظ على الحجم والعدد لكل متر مكعب من الجسيمات مثل الغبار والكائنات الدقيقة وجزيئات الهباء الجوي والأبخرة الكيميائية ضمن نطاق محدد مسبقًا. هناك معايير دولية خاصة لمثل هذه المباني ، يتم ضمان نظافتها بواسطة معدات خاصة.
تم تطوير طريقة التحسين في الأصل لتصميم الجسور وأجنحة الطائرات ، وقد استخدمت في الهياكل الفوتونية النانوية.
لماذا هذا مهم؟
إن مؤلفي التطوير واثقون من أن اكتشافهم قد حدثأمر بالغ الأهمية لتطوير التقنيات الثورية التي تقلل من عدد المكونات المستهلكة للطاقة في مراكز البيانات وأجهزة الكمبيوتر والهواتف وغيرها.
استهلاك الطاقة لأجهزة الكمبيوتر والمراكزتستمر معالجة البيانات في النمو، وهناك حاجة إلى هياكل شرائح أكثر مرونة تستهلك طاقة أقل. ويمكن تحقيق ذلك عن طريق استبدال الدوائر الكهربائية بمكونات بصرية. ويأمل العلماء أن يساعد هنا "تقسيم العمل" بين الضوء والإلكترونات. كل شيء يشبه الإنترنت، حيث يتم استخدام الضوء للاتصالات، وتستخدم الإلكترونيات لمعالجة البيانات. والفرق الوحيد هو أنه يجب دمج كلتا الوظيفتين في نفس الشريحة. ولهذا السبب من المهم جدًا ضغط الضوء بنفس حجم المكونات الإلكترونية. أظهرت تجربة أجراها العلماء أن هذا ممكن بالفعل.
هذه خطوة مهمة نحو تطوير المزيدالتكنولوجيا الموفرة للطاقة، مثل الليزر النانوي للاتصالات الضوئية في مراكز البيانات وأجهزة الكمبيوتر المستقبلية. ومع ذلك، لا يزال أمام المهندسين طريق طويل ليقطعوه.
ما التالي؟
يخطط العلماء لمواصلة العملوتحسين الأساليب والمواد لإيجاد الحل الأمثل. إنهم واثقون من أنهم سيكونون قادرين على إنشاء فوتونات متزايدة الكثافة مع تقدم التكنولوجيا. إن مؤلفي التطوير مقتنعون بأن هذا ليس سوى الأول من سلسلة من التطورات الرئيسية في مجال الفيزياء وتكنولوجيا النانو الضوئية التي تركز على هذا المبدأ.
قراءة المزيد:
أكد علماء الآثار رسمياً الأساطير من الكتاب المقدس
اتضح ما يحدث لخلايا الجسم عند موت القلب
تم اختراق إشارة Starlink لاستخدامها كبديل لنظام تحديد المواقع العالمي (GPS)