به گزارش خبرآنلاین، دانشمندان انستیتو تحقیقاتی «CIC nanoGUNE» در سن‌سباستین اسپانیا با انتشار مقاله‌ای در نشریه «ساینس»، اعلام کردند که توانسته‌اند متامتریال جدیدی به نام «متاسطح هذلولی» بسازند که جبهه موج پرتوهای نور را کاملا تغییر می‌دهد. این دستاورد علمی در زمینه کنترل دقیق و مانیتورینگ نور می‌تواند به گسترش تکنولوژی‌هایی مرتبط با ابزارهای نوری بسیار کوچک در دریافت و پردازش سیگنال، کمک کند.
شرح فیلم: این تصویرسازی، انتشار امواج را از منبعی نقطه‌ای نشان می‌دهد. نمای چپ، انتشار امواج را در محیط معمولی و نمای راست، انتشار امواج را در متاسطح هذلولی نشان می‌دهد. این فیلم در قالب gif آماده شده و حجم آن ۱٫۸ مگابایت است. برای تماشای نمای کامل، اندکی صبر کنید تا فایل کاملا بارگذاری شود.
امواج نوری که از منبعی نقطه‌ای به اطراف پخش می‌شوند، معمولا جبهه موج دایره‌ای (محدب) دارند. «پینینگ لی» (Peining Li)، نویسنده اول این مقاله می‌گوید: «امواج نور را مانند امواجی در نظر بگیرید که در زمان افتادن یک سنگ در آب، بر سطح آن ایجاد می‌شوند. دلیل این رفتار حرکتی آن است که نور معمولا در محیطی یکنواخت و همگن حرکت می‌کند؛ درنتیجه به شکلی یکسان در همه جهات منتشر می‌شود.»
پیش از این، محققان از لحاظ نظری پیش‌بینی کرده بودند که سطوحی با ساختار خاص، می‌توانند جبهه موج نور را در زمان برخورد، وارونه کنند. «خاویر آلفارو» (Javier Alfaro) نویسنده دوم این مقاله که دانشجوی دکترای انستیتو نانوگون است، این مسئله را چنین توضیح می‌دهد: «امواج نوری گسیل‌شده از منبع نقطه‌ای، روی متاسطح هذلولی تنها در جهت‌های خاصی منتشر می‌شوند و جبهه موج مقعر پیدا می‌کنند. این امواج غیرعادی را «پولاریتون‌های سطح هذلولی» (hyperbolic surface polaritons) می‌نامند. ازآنجاکه آن‌ها تنها در جهت‌های خاصی منتشر می‌شوند و طول‌موجشان هم بسیار کمتر از پرتوهای منتشرشده در فضای معمولی است، می‌توانند به کاهش ابعاد ابزارهای نوری به‌کاررفته در آشکارسازها و پردازشگرهای سیگنال منجر شوند.
حال دانشمندان توانسته‌اند این متاسطح را برای نور فروسرخ هم تولید کنند. این کار با استفاده از «نیترید بور» امکان‌پذیر شده است، ماده‌ای دوبعدی و شبیه به گرافین که به خاطر توانایی‌اش در دست‌کاری نور فروسرخ در ابعاد بسیار ریز، کاربرد دارد. این ماده در حسگرهای شیمیایی ریزمقیاس و مهار گرما در ابزارهای اپتوالکترونیکی نانومقیاس، کاربرد زیادی دارد.
ساختن متاسطح هذلولی کار بسیار مشکلی است، زیرا دقت ساختاری بسیار زیادی را در مقیاس نانو می‌طلبد. برای این کار، پژوهشگران با لیتوگرافی باریکه الکترونی، براده‌های ریزی را از بلور نیترید بور که با کیفیتی بالا در دانشگاه ایالتی کانزاس تولید شده بود، تراشیدند. آن‌ها پس از چندین بار بهینه‌سازی توانستند به دقت موردنیاز و درنتیجه، ساختارهای پنجره‌ای خاص دست یابند. اندازه پنجره‌ها در این شبکه بسیار ریز، ۲۵ نانومتر است. همین روش را می‌توان برای مواد دیگر هم به کار برد تا درنهایت، به متاسطح مصنوعی دیگری با ویژگی‌های دلخواه دست پیدا کرد.
محققان هم‌چنین توانسته‌اند به‌طور مستقیم، جبهه مقعرشکل امواج نوری را با کمک میکروسکوپ‌های نوری خاصی ببینند. برای این کار، آن‌ها از تکنیک فوق‌پیشرفته نانوتصویربرداری فروسرخ استفاده کردند که پژوهشگران گروه نانو-اپتیک در انستیتو نانوگون ابداع کرده بودند. آنان ابتدا یک نانولوله طلایی فروسرخ را روی متاسطح قرار دادند تا نقش سنگی را بازی کند که پس از پرت شدن در آب، موج منتشر می‌کند. نانولوله با متمرکز کردن نور فروسرخ روی نقطه‌ای کوچک، امواجی را در امتداد متاسطح منتشر می‌کند. محققان با کمک ابزاری به نام «میکروسکوپ میدان‌نزدیک پویشی از نوع پراکندگی» یا «s-SNOM» از این امواج تصویربرداری کردند. «رینر هیلنبرند» (Rainer Hillenbrand) که رهبری این تیم تحقیقاتی را برعهده داشت، می‌گوید: «دیدن آن تصاویر، شگفت‌انگیز بود. آن‌ها واقعا نشان می‌دادند امواجی که از نانولوله طلا دور می‌شوند، دقیقا مثل پیش‌بینی‌ها، جبهه موج مقعری دارند.»
نتایج این تحقیق نویدبخش ساخت مواد دوبعدی نانوساختاری است که می‌توانند بستری برای ابزارها و مدارهای اپتوالکترونیک جدید بر پایه متاسطح هذلولی باشند.
ترجمه: سید معین عمرانی
۵۴۵۴
نظر شما