لا يزال العلماء يتعاملون مع خصوصيات وعموميات المواد الغريبة المعروفة باسم بلورات الزمن. الهياكل التي تعج بالحركة إلى الأبد. الآن قد يساعد التنوع الجديد في تعميق فهمنا لحالة المادة المحيرة.
تمامًا مثل البلورات العادية عبارة عن ذرات وجزيئات تتكرر على مساحة من الفضاء ، فإن بلورات الوقت عبارة عن مجموعات من الجسيمات التي تتشابك في أنماط على مدى فترة زمنية بطرق تبدو في البداية أنها تتحدى العلم.
نظريًا في عام 2012 قبل أن يتم ملاحظته في المختبر لأول مرة بعد أربع سنوات فقط ، كان الباحثون منشغلين في إصلاح الهياكل لاستكشاف أسس أعمق لفيزياء الجسيمات والكشف عن التطبيقات المحتملة.
في هذه الدراسة الأخيرة ، تم إنشاء نوع جديد من بلورات الزمن “الضوئية”. تعمل على ترددات الميكروويف ، وهي قادرة على تنظيم وتضخيم الموجات الكهرومغناطيسية ، واعدة بتطبيقات مستقبلية في أنظمة الاتصالات اللاسلكية ، وتطوير الليزر ، والدوائر الإلكترونية.
“في بلورة الزمن الفوتونية ، يتم ترتيب الفوتونات في نمط يتكرر بمرور الوقت” يقول المؤلف الرئيسي Xuchen Wang ، مهندس نانو من معهد كارلسروه للتكنولوجيا في ألمانيا.
“هذا يعني أن الفوتونات في البلورة متزامنة ومتماسكة ، مما قد يؤدي إلى تداخل بناء وتضخيم الضوء.”
بالإضافة إلى ذلك ، وجد فريق البحث أن الموجات الكهرومغناطيسية التي تنتقل على طول الأسطح يمكن تضخيمها وكذلك الموجات من البيئة المحيطة.
يوجد في مركز البحث نهج ثنائي الأبعاد يعتمد على صفائح فائقة الرقة من المواد الاصطناعية المعروفة باسم السطوح. في السابق ، كان البحث في بلورات الزمن الضوئية يتم من خلال مواد ثلاثية الأبعاد ضخمة: صنع هذه المواد ودراستها أمر صعب للغاية بالنسبة للعلماء ، لكن التحول إلى 2D يعني طريقًا أسرع وأسهل لإجراء التجارب – ولاكتشاف كيفية تطبيق هذه البلورات في إعدادات العالم الحقيقي.
على الرغم من أنها أبسط من الهياكل ثلاثية الأبعاد الكاملة ، إلا أنها تشترك في بعض الخصائص المهمة مع بلورات الوقت الضوئية ويمكنها محاكاة سلوكها – بما في ذلك الطريقة التي تتفاعل بها مع الضوء. إنها المرة الأولى التي يُظهر فيها أن بلورات الزمن الفوتونية تضخم الضوء بهذه الطريقة الخاصة وإلى هذا الحد الكبير.
“لقد وجدنا أن تقليل الأبعاد من هيكل ثلاثي الأبعاد إلى هيكل ثنائي الأبعاد جعل التنفيذ أسهل بشكل كبير ، مما جعل من الممكن تحقيق بلورات زمنية فوتونية في الواقع ،” يقول وانغ.
في حين أن تطبيقات العالم الحقيقي لا تزال بعيدة بعض الشيء ، فإن نهج استخدام الأسطح السطحية ثنائية الأبعاد كطريقة لإنتاج وفحص بلورات الزمن الفوتونية سيجعل هذا النوع من البحث أكثر وضوحًا في المستقبل.
اكتشاف تضخيم الموجات الكهرومغناطيسية على طول الأسطح ، على سبيل المثال ، يمكن أن يساعد في النهاية في تحسين الدوائر المتكاملة الموجودة في كل مكان من الهواتف إلى السيارات: من المحتمل أن يكون الاتصال داخل هذه الدوائر أسرع وأكثر سلاسة.
ثم هناك اتصالات لاسلكية يمكن أن تعاني من تضاؤل الإشارة عبر المسافة (وهذا هو السبب في أنك قد لا تتمكن من الحصول على شبكة Wi-Fi في الجزء العلوي من منزلك). يعد طلاء الأسطح ببلورات زمنية فوتونية ثنائية الأبعاد بتحسين هذا الوضع.
“عندما تنتشر الموجة السطحية ، فإنها تعاني من خسائر مادية ، وتقل قوة الإشارة ،” يقول الفيزيائي فيكتور أسدشي من جامعة آلتو في فنلندا.
“مع دمج بلورات الوقت الضوئية ثنائية الأبعاد في النظام ، يمكن تضخيم الموجة السطحية ، وتحسين كفاءة الاتصال.”
تم نشر البحث في تقدم العلم.
“متعطش للطعام. طالب. متحمس محترف للزومبي. مبشر شغوف بالإنترنت.”
More Stories
صاروخ فالكون 9 التابع لشركة سبيس إكس يتوقف قبل إطلاقه ملياردير في مهمة خاصة
بقرة بحرية ما قبل التاريخ أكلها تمساح وسمكة قرش، بحسب حفريات
إدارة الطيران الفيدرالية تطلب التحقيق في فشل هبوط صاروخ فالكون 9 التابع لشركة سبيس إكس