ابداع «موج‌بَر» اپتیکی دوبعدی / انتقال داده متحول می‌شود

به گزارش خبرنگار خبرگزاری علم و فناوری آنا، دانش‌پژوهان دانشگاه شیکاگو نوعی بلور شیشه‌ای ساخته‌اند که با تنها چند اتم ضخامت می‌تواند نور را به دام بیندازد و حمل کند.

این ماده قابل رؤیت به صورت خط نازکی در مرکز پلاستیک مشاهده می‌شود. هدایت نور از مکانی به مکان دیگر رکن اصلی دنیای مدرن و امروزی ماست. کابل‌های فیبر نوری متشکل از رشته‌هایی به نازکی تار مو از زیراقیانوس‌ها، قاره‌ها را می‌پیمایند و نوری را حمل می‌کنند که همه چیز از ویدئو‌های یوتیوب تا تراکنش‌های بانکی را کدگذاری می‌کنند.

«جیوونگ پارک» استاد دانشگاه شیکاگو، ایدۀ ساخت رشته‌های نازک‌تر و مسطح‌تری را در ذهن پروراند؛ رشته‌هایی آن قدر نازک که به جای سه‌بعدی، دوبعدی باشند. چنین ماده‌ای چگونه با نور رفتار می‌کند؟

وی و همکارانش با انجام آزمایش‌های نوآورانه‌ای به ورقه‌ای از بلور شیشه‌ای با ضخامت چند اتم دست یافتند که می‌تواند نور را به دام بیندازد و حمل کند.

این ماده به طور قابل توجهی کارآمد است و می‌تواند نور را در مسافت‌های نسبتاً طولانی، تا یک سانتی‌متر، که در دنیای محاسبات مبتنی‌ بر نور بسیار زیاد است، حمل کند.

نتایج این تحقیقات در نشریه «ساینس» (Science) منتشر شده است.

این نوآوری نشان می‌دهد که اساساً مدار‌های فوتونیکی دوبعدی چیست و می‌تواند راه را به سوی فناوری جدید هموار کند.

پارک، رهبر این گروه تحقیقاتی و استاد شیمی و عضو هیئت علمی موسسه جیمز فرانک و دانشکده مهندسی مولکولی پریتزکرمی گوید؛ «ما از قدرت این بلور فوق نازک کاملا شگفت‌زده شدیم؛ نه‌تنها می‌تواند انرژی را در خود نگه دارد، بلکه آن را هزار برابر بیشتر از آنچه در سیستم‌های مشابه مشاهده می‌شود انتقال دهد.»

نور محبوس‌شده در این بلور نیز مانند حرکت در یک فضای دو بعدی، رفتار می‌کند.

سیستم جدید اختراع شده راهی برای هدایت نور تلقی می‌شود، که به‌عنوان یک موج‌بَر شناخته شده و اساساً دوبعدی است.

این دانش‌پژوهان در آزمایش‌های خود دریافتند می‌توانند از منشورها، عدسی‌ها و سوئیچ‌های بسیار کوچک که همه از مواد تشکیل‌دهنده مدار‌ها و محاسبات هستند، برای هدایت مسیر نور در امتداد یک تراشه استفاده کنند.

در حال حاضر مدار‌های فوتونیکی وجود دارند، اما بسیار بزرگتر و سه بعدی اند. مهمتر آنکه، در موج‌بر‌های موجود، فوتون یا همان ذرات نور همیشه در داخل موج‌بَر حرکت می‌کنند.

به گفته این دانشمندان با استفاده از این سیستم، بلور شیشه‌ای در واقع نازک‌تر از خود فوتون است؛ بنابراین بخشی از فوتون در حین حرکت از بلور خارج می‌شود.

در مقام مقایسه می‌توان گفت این سیستم کمی شبیه تفاوت بین ساخت یک لوله برای ارسال چمدان‌ها در فرودگاه در مقابل قرار دادن چمدان روی تسمه نقاله است.

وقتی چمدان روی تسمه نقاله قرار دارد امکان مشاهده آن در طول مسیر و تنظیم حرکت وجود دارد. این رویکرد ساخت دستگاه‌های پیچیده با بلور‌های شیشه‌ای را بسیار آسان‌تر می‌کند، زیرا نور را می‌توان به‌راحتی با لنز‌ها یا منشور‌ها جابه‌جا کرد.

فوتون‌ها همچنین می‌توانند اطلاعاتی در مورد وضعیت موجود در طول مسیر نشان دهند. مانند بررسی چمدان‌هایی که از بیرون می‌آیند تا دریابیم آیا بیرون برف می‌بارد یا خیر.

به طور مشابه، دانشمندان می‌توانند استفاده از این موج‌بر‌ها را برای ساخت حسگر‌هایی در سطح میکروسکوپی در نظر بگیرند.

به گفته پارک، به عنوان مثال، فرض کنید نمونه‌ای از مایع دارید و می‌خواهید از وجود یک مولکول خاص در آن مطلع شوید. می‌توان آن را طوری طراحی کرد که این موج بر در نمونه حرکت کند و حضور آن مولکول نحوه رفتار نور را تغییر دهد.

دانشمندان همچنین علاقه‌مند به ساخت مدار‌های فوتونیک بسیار نازکی هستند که می‌توانند در بسیاری از دستگاه‌های کوچک در همان ناحیه تراشه ادغام شوند. بلور شیشه‌ای که آن‌ها در این آزمایش‌ها استفاده کردند از دی سولفید مولیبدن ساخته شده، اما می‌توان از این شیوه برای مواد دیگر نیز استفاده کرد.

محققان دانشگاه شیکاگو می‌گویند اگرچه دانشمندان نظری قبلا احتمال وجود این رفتار را پیش‌بینی کرده بودند، اما درواقع درک آن در آزمایشگاه یک سفر چند ساله بود.