ساخت کوچک‌ترین فناوری برای هدایت نور

پژوهشگران آمریکایی، ورقه‌ای از کریستال شیشه‌ای با ضخامت چند اتم ساخته‌اند که می‌تواند به هدایت نور کمک کند و کوچک‌ترین نمونه در نوع خود به شمار می‌رود.

به گزارش ایسنا به نقل از ساینمگ، هدایت نور از مکانی به مکان دیگر، ستون فقرات دنیای مدرن ما است. کابل‌های فیبر نوری در زیر اقیانوس‌ها و سراسر قاره‌ها، حامل نوری هستند که همه چیز را از ویدیوهای یوتیوب گرفته تا انتقال‌های بانکی رمزگذاری می‌کند. همه این اتفاقات درون رشته‌هایی به اندازه یک تار مو رخ می‌دهند.

با وجود این، پروفسور «جیوونگ پارک»(Jiwoong Park) استاد «دانشگاه شیکاگو» به این فکر کرد که اگر رشته‌های نازک‌تر و مسطح‌تری ساخته شوند، چه اتفاقی می‌افتد. در واقع، پارک فکر کرد که اگر رشته‌ها آن قدر نازک ساخته شوند که به جای سه‌بعدی، دوبعدی باشند، چه اتفاقی برای نور می‌افتد.

پارک و گروهش از طریق یک مجموعه آزمایش‌های نوآورانه دریافتند که ورقه‌ای از کریستال شیشه‌ای با ضخامت چند اتم می‌تواند نور را به دام بیندازد و حمل کند. ورقه آنها نه تنها توانست به این هدف برسد، بلکه به طور شگفت‌انگیزی کارآمد بود و توانست مسافت‌های نسبتا طولانی را طی کند که در دنیای محاسبات مبتنی بر نور بسیار دور محسوب می‌شوند.

این پژوهش نشان می‌دهد که مدارهای فوتونیکی دوبعدی چه هستند و شاید بتوانند راه‌هایی را به سوی فناوری جدید باز کنند. پارک گفت: ما از قدرت این کریستال فوق نازک شگفت‌زده شدیم. این ماده نه تنها می‌تواند انرژی را در خود نگه دارد، بلکه آن را هزار برابر بیشتر از آنچه در سیستم‌های مشابه دیده‌ایم، ارائه می‌دهد. نور محبوس‌شده نیز طوری رفتار می‌کند که گویی در یک فضای دوبعدی در حال حرکت است.

هدایت کردن نور

سیستم جدید اختراع‌شده که به عنوان یک «موج‌بر»(Waveguide) شناخته می‌شود، راهی برای هدایت کردن نور به شمار می‌رود و اساسا دوبعدی است. پژوهشگران در آزمایش‌ها دریافتند که می‌توانند از منشورها، عدسی‌ها و سوئیچ‌های بسیار کوچک برای هدایت کردن نور در امتداد یک تراشه استفاده کنند.

مدارهای فوتونیک در حال حاضر وجود دارند اما بسیار بزرگ‌تر و سه‌بعدی هستند. مهم‌تر از همه این که در موج‌برهای موجود، ذرات نور موسوم به فوتون همیشه درون موج‌بر حرکت می‌کنند. دانشمندان توضیح دادند که با استفاده از این سیستم، کریستال شیشه در واقع نازک‌تر از خود فوتون خواهد بود. بنابراین، بخشی از فوتون در حین حرکت از کریستال خارج می‌شود.

دانشمندان معتقدند که می‌توان از این موج‌برها برای ساخت حسگرهایی در سطح میکروسکوپی استفاده کرد. پارک توضیح داد: برای مثال، فرض کنید که شما یک نمونه مایع دارید و می‌خواهید بفهمید که آیا یک مولکول خاص در آن وجود دارد یا خیر. شما می‌توانید موج‌بر را طوری طراحی کنید که در نمونه حرکت کند و حضور آن مولکول، نحوه رفتار نور را تغییر دهد.

همچنین، دانشمندان علاقه دارند مدارهای فوتونیک بسیار نازکی را بسازند که می‌توان آنها را برای ادغام بسیاری از دستگاه‌های کوچک در همان ناحیه تراشه روی هم چید. کریستال شیشه‌ای‌ که آنها در این آزمایش‌ها استفاده کردند، دی‌سولفید مولیبدن بود اما اصول آزمایش احتمالا می‌توانند برای مواد دیگر نیز کارساز باشند.

این پژوهش، در مجله «Science» به چاپ رسید.