تنظیم نور در مقیاس اتمی، جایگزین لنز‌های حجیم

به گزارش خبرگزاری صدا و سیما ، به نقل از ساینس‌دیلی، پژوهشگران به جای تکیه بر لنز‌ها و سخت‌افزار‌های حجیم، در حال بررسی موادی هستند که می‌توانند نور را در مقیاس اتمی تنظیم کنند.

گروهی از اعضای شرکت «XPANCEO» در امارات متحده عربی که با دانشمندانی از «دانشگاه ملی سنگاپور» (NUS) و «دانشگاه شیمی و فناوری پراگ» (UCT Prague) همکاری می‌کنند، پیشرفت بزرگی را در این زمینه گزارش کرده‌اند.

پژوهش آنها روی یک کریستال لایه‌ای به نام «اکسی‌کلراید مولیبدن» (Molybdenum oxychloride) یا «MoOCl۲» متمرکز است که مجموعه‌ای از خواص نوری غیرمعمول را نشان می‌دهد و می‌تواند به کوچک‌سازی چشمگیر دستگاه‌های نوری آینده کمک کند.

این پژوهش اولین نقشه‌برداری تجربی را از رفتار نوری کریستال ارائه می‌دهد. یافته‌های این پژوهش نشان می‌دهند MoOCl۲ قوی‌ترین اثر خمش نور را که تاکنون در یک ماده طبیعی اندازه‌گیری شده است، از خود نشان می‌دهد و می‌تواند راهی را به سوی ساخت فناوری‌های نوری بسیار کوچک‌تر و توانمندتر باز کند.

پژوهشگران MoOCl۲ را به عنوان نوعی «آفتاب‌پرست نوری» توصیف می‌کنند که رفتار آن با توجه به نحوه جهت‌گیری کریستال تغییر می‌کند. این ماده وقتی در یک جهت خاص قرار می‌گیرد، نور را مانند فلز منعکس می‌کند و اگر آن را ۹۰ درجه بچرخانید، مانند شیشه شفاف می‌شود.

این ویژگی غیرمعمول از ناهمسان‌گردی نوری شدید آن ناشی می‌شود؛ به این معنی که ویژگی‌های آن با توجه به جهت به طور چشمگیری تغییر می‌کنند.

همچنین، مقدار دوشکستی این کریستال تقریباً ۲.۲ است که به آن امکان می‌دهد تا نور را با راندمان استثنایی تقسیم و خم کند. برای XPANCEO، این امر می‌تواند کنترل نور پیچیده مورد نیاز برای نمایشگر‌های واقعیت افزوده را با استفاده از موادی که هزاران برابر نازک‌تر از موی انسان هستند، امکان‌پذیر کند.

فیزیکدانان چندین سال است که به دلیل ساختار الکترونیکی غیرمعمول MoOCl۲، آن را مطالعه می‌کنند. این ماده به عنوان «فلز بد» طبقه‌بندی می‌شود و حاوی زنجیره‌های تک‌بعدی اتم‌های مولیبدن است. این زنجیره‌ها به الکترون‌ها امکان می‌دهند تا در یک جهت راحت‌تر از جهت دیگر حرکت کنند.

در نتیجه، کریستال در امتداد یک محور مانند یک فلز و در امتداد محور عمود مانند یک ماده دی‌الکتریک رفتار می‌کند و ناهمسان‌گردی فوق‌العاده قوی خود را به وجود می‌آورد.

پژوهشگران دریافتند که نزدیک به ۵۱۲ نانومتر در ناحیه سبز طیف مرئی، یکی از اجزای واکنش نوری کریستال به صفر نزدیک می‌شود. از نظر عملی، این امر می‌تواند میدان الکتریکی درون ماده را تشدید کند، به کندی نور منجر شود، انرژی الکترومغناطیسی را در حجم بسیار کمی فشرده کند و تعامل بین نور و ماده را افزایش دهد.

این پدیده به عنوان نقطه اپسیلون نزدیک به صفر در نور مرئی شناخته می‌شود. بسیاری از مواد چنین رفتاری را فقط در نواحی فرابنفش عمیق یا فروسرخ میانی نشان می‌دهند، اما MoOCl۲ به این حالت در طیف مرئی می‌رسد. این موضوع مهمی است، زیرا بسیاری از فناوری‌های موجود از جمله لیزرها، میکروسکوپ‌ها، دوربین‌ها و حسگر‌ها در حال حاضر در این محدوده عمل می‌کنند. این نقشه نوری دقیق، پتانسیل این ماده را برای کوچک‌سازی بیشتر فناوری‌های نوری برجسته می‌کند.

به دلیل ناهمسان‌گردی ساختاری قوی، MoOCl۲ به عنوان یک محیط هذلولی طبیعی عمل می‌کند. به عبارت ساده، این امر به نور اجازه می‌دهد تا در مسیر‌های نانومقیاس بسیار جهت‌دار و بدون پراکندگی از کریستال عبور کند که یک الزام کلیدی برای ساخت مدار‌های نوری کوچکتر است.

عملکرد این ماده در طیف مرئی، جذابیت آن را برای تراشه‌های فوتونیک مجتمع بیشتر می‌کند که در آنها نور باید در فضا‌های بسیار کوچک هدایت، فیلتر و متمرکز شود.

یافته‌های این پژوهش، فرصت‌هایی را در نانوفوتونیک غیرخطی نشان می‌دهند که در آن می‌توان از تعامل شدید نور و ماده برای ایجاد رنگ‌های جدید نور یا پردازش کارآمدتر سیگنال‌های نوری استفاده کرد. این پژوهش در مجله «Nano Letters» به چاپ رسید.