کنترل امواج برای فناوری‌های آینده
به گزارش خبرگزاری آنا، دانشمندان با بهره‌گیری از اصول ریاضیات و فیزیک، موفق به کشف جنبه‌های جدیدی از نحوه عملکرد شبکه آندوپلاسمی ارگانلی کلیدی برای بقای سلول‌ها شده‌اند. این شبکه به‌طور مداوم خود را بازسازی و سازماندهی مجدد می‌کند. در همین زمان، دانشمندان کره‌ای گامی انقلابی در حوزه فیزیک و فناوری برداشته‌اند. آنها برای نخستین بار توانسته‌اند حالت‌های مقید در پیوستار (BIC) را در یک رزناتور تکی پیاده‌سازی کنند. این دستاورد، دریچه‌ای به سوی کنترل فوق‌العاده کارآمد امواج برای فناوری‌های آینده باز می‌کند.
به گزارش scitechdaily، تیم مشترک دانشگاه دانشگاه علوم و فناوری پوهانگ و دانشگاه ملی جئونبوک موفق به قرار دادن کامل امواج مکانیکی درون یک رزناتور منفرد شدند. این کاری است که تاکنون به‌عنوان ناممکن نظری در نظر گرفته می‌شد. این مطالعه در تاریخ ۳ آوریل در مجله معتبر Physical Review Letters منتشر شد و به‌عنوان پیشرفتی چشمگیر در حل معما‌های صدساله مربوط به حالت‌های مقید در پیوستار شناخته می‌شود.
رزونانس، فرآیند تقویت امواج در فرکانس‌های خاص، پایه بسیاری از فناوری‌های روزمره از جمله تلفن‌های هوشمند، تصویربرداری فراصوتی و سیستم‌های رادیویی است. با این حال، رزناتور‌های معمولی به‌تدریج انرژی از دست می‌دهند و نیاز به ورودی مداوم برای ادامه عملکرد دارند.
نزدیک به ۱۰۰ سال پیش، جان فون نویمان و یوجین ویگنر (برندگان جایزه نوبل) ایده‌ای انقلابی مطرح کردند که تحت شرایط خاص، امواج می‌توانند به‌طور نامحدود در جای خود مقید شوند بدون اینکه انرژی از دست بدهند. این حالت‌های مقید در پیوستار (BIC) شبیه گرداب‌هایی هستند که در جایگاه خود ثابت می‌مانند، حتی اگر جریانی از اطراف آنها عبور کند. با این حال تاکنون دانشمندان فرض می‌کردند که دستیابی به چنین حالتی در یک سیستم فشرده و تک‌رنزاتوری غیرممکن است تا اینکه اکنون!
این تیم تحقیقاتی با موفقیت مرز‌های نظری را شکست و BIC را در یک ذره منفرد پیاده‌سازی کرد. آنها از سیستمی متشکل از ذرات استوانه‌ای شکل (میله‌های کوچک کوارتزی) برای ساخت یک پلتفرم مکانیکی قابل تنظیم با دقت بالا استفاده کردند. با تنظیم دقیق نحوه تماس استوانه‌ها با یکدیگر، محققان توانستند نحوه تعامل امواج مکانیکی در مرز‌های تماسی را کنترل کنند. این دستاورد نه تنها تئوری‌های کلاسیک را به‌چالش می‌کشد، بلکه راه را برای طراحی سیستم‌هایی با بازده انرژی بی‌سابقه در حوزه‌هایی مانند ارتباطات بی‌سیم، حسگر‌ها و فناوری نانو هموار می‌کند.
تحت آرایش ویژه‌ای، یک مد موج به‌طور کامل درون یک استوانه منفرد محصور شد بدون اینکه انرژی به ساختار اطراف نشت کند. این حالت که به نام BIC محافظت‌شده توسط پلاریزاسیون شناخته می‌شود، تنها یک مفهوم نظری نبود بلکه در آزمایشات عملی نیز مشاهده شد. شگفت‌آورتر اینکه، سیستم مورد نظر ضریب کیفیت (Q-factor) بیش از ۱٬۰۰۰ را به‌دست آورد که معیاری از توانایی رزناتور در ذخیره انرژی با حداقل اتلاف است.
وقتی این استوانه‌های ویژه به‌صورت زنجیره‌ای متصل می‌شوند، مد امواج محبوس‌شده می‌توانند در کل زنجیره گسترش یابند بدون اینکه پراکنده شوند پدیده‌ای که به نام «باند مسطح» شناخته می‌شود. دکتر یونگ‌تا‌ه جانگ، نویسنده اصلی مطالعه، این رفتار را به این شکل توضیح داد: این شبیه انداختن سنگی به آب آرام استخر و مشاهده امواجی است که ساکن می‌مانند و تنها در جای خود نوسان می‌کنند. با اینکه سیستم اجازه حرکت امواج را می‌دهد، انرژی پخش نمی‌شود به‌طور کامل محصور می‌ماند.
این رفتار که باند مقید در پیوستار (BBIC) نامیده می‌شود، افق‌های جدیدی برای جمع‌آوری انرژی، حسگر‌های فوق‌حساس و حتی ارتباطات پیشرفته باز می‌کند.
این دستاورد نه تنها به تئوری‌های فیزیک مدرن چالش می‌اندازد، بلکه زمینه‌ای را برای طراحی سیستم‌هایی با بازده انرژی بی‌سابقه در حوزه‌هایی مانند نانوتکنولوژی، ارتباطات کوانتومی و پزشکی دقیق فراهم می‌کند.
انتهای پیام/
