تا حالا به این فکر کردی که نور رو میشه اونقدر فشرده کرد که بتونه تو یه فضای چند صد برابر کوچیک‌تر از طول موج خودش جا بشه؟ خب، به نظر غیرممکن میاد ولی یه تیم از محقق‌ها تونستن دقیقاً همین کارو بکنن! همه این ماجرا هم به لطف یه پدیده عجیب به اسم Dirac plasmon polariton یا همون DPP اتفاق افتاده—که اگه بخوام راحت توضیح بدم، یه جور موج ترکیبیه که نور رو با حرکت الکترون‌ها قاطی می‌کنه و معمولاً تو مواد فوق‌العاده نازک و خاص رخ میده.
DPPها می‌تونن دنیا رو تکون بدن، چون کنترل نور تو فرکانس تراهرتز (THz) رو ممکن می‌کنن. حالا THz چیه؟ فازیه بین مایکروویو و مادون قرمز که تقریباً دست‌نخورده باقی مونده و کلی کاربرد جذاب داره: انتقال دیتا با سرعت خیلی بالا، عکس‌برداری پزشکی واضح‌تر، و حتی سیستم‌های امنیتی قدرتمندتر. ولی مشکلش اینجاست که موج‌های THz خیلی راحت انرژی‌شون رو از دست میدن و مهار کردن‌شون سخته.
داستان اصلی توی یه مطالعه جدید اتفاق افتاد که کلی هم سروصدا کرده. محقق‌ها گفتن این کشف می‌تونه فاز جدیدی تو توسعه دستگاه‌های نوری THz باشه، چون هم قابل تنظیم‌تره و هم انرژی کمتری تلف میشه. این یعنی دستگاه‌هایی که با سرعت بیشتر و بازده بالاتر کار می‌کنن.
حالا بریم سراغ اینکه دقیقاً چه جوری این کار رو انجام دادن. این تیم سراغ مواد متا یا متامتریال‌ها رفتن—اینا موادی هستن که ساختارشون رو تو مقیاس نانویی اونقدر خاص طراحی می‌کنن که ویژگی‌هایی فراتر از مواد معمولی پیدا می‌کنن. این بار تیم تحقیق از یه نوع خاص به اسم topological insulator استفاده کردن، یعنی عایق توپولوژیکی (موادی که داخلش برق رو عبور نمیدن ولی سطحشون می‌تونه الکترون‌ها رو حرکت بده، تقریباً شبیه دنیای جادویی کوانتوم). اسم ماده‌شون هم Bi₂Se₃ هست، که اینم از اون شبه‌فلزهای دیجیتالیه حسابی عجیبه.
اینا اومدن یه سری نانوساختار بغل‌هم (که بهشون metaelement میگن) روی این ماده درست کردن—در واقع مثل این می‌مونه که بین سیم‌های یه گیتار فاصله رو کم و زیاد کنی تا صدای جدیدی ایجاد بشه! دقیقاً با همین منطق، اون‌ها فاصله بین این المنت‌ها رو تغییر دادن و با این کار، موج DPP رو کنترل کردن.
برای اینکه ببینن چه اتفاقی افتاده، از یه تکنیک تصویربرداری خاص به اسم فاز-حساس (phase-sensitive) استفاده کردن، که می‌تونه موج DPP رو هم شلیک کنه و هم ردش رو روی ماده دنبال کنه—تقریباً شبیه دیدن رد نور تو حرکت آهسته! نتیجه هم واقعاً جریان رو عوض کرد: با تنظیم این فاصله‌ها، تونستن موج نور رو تا ۲۰٪ بیشتر فشرده کنن (یعنی نور تو فضای کمتری جا بشه) و طول مسیری که بدون اتلاف انرژی می‌ره رو بیش از ۵۰٪ افزایش بدن!
این دقیقاً همون نقطه ضعف اصلی DPPها بود: انرژی خیلی سریع از دست می‌رفتن و عملاً به درد دستگاه‌های واقعی نمی‌خوردن. ولی الان نشون دادن که میشه این مشکل رو به یه فرصت تبدیل کرد.
ولی چرا اصلاً این قضیه انقدر مهمه؟ ببین، اگه بتونیم دستگاه‌های THz رو با این شیوه بسازیم، خیلی چیزها تغییر می‌کنه: ارتباط بی‌سیم خیلی سریع‌تر و امن‌تر، تصویربرداری پزشکی بدون دردسر و نفوذ به بدن بدون آسیب، نسل جدید سلول‌های خورشیدی، سنسورهای فوق‌حساس و حتی کامپیوترهای کوانتومی پیشرفته‌تر. تقریباً هر جایی که فکر کنی، پای THz وسطه.
البته فعلاً همه‌چی تو مقیاس آزمایشگاهی ثابت شده و برای اینکه این فناوری به مرحله صنعتی برسه و تو زندگی روزمره‌مون بیاد، هنوز راه مونده. محقق‌ها میگن قدم بعدی اینه که ساختار مواد رو بهتر کنن و اتلاف انرژی رو باز هم پایین‌تر بیارن. خلاصه، داستان تازه شروع شده!
این مطالعه تو ژورنال Light Science & Applications چاپ شده و به نظرم باید بیشتر ازش شنید چون هر لحظه ممکنه آینده دستگاه‌های نوری و الکترونیکی رو از این رو به اون رو کنه.
منبع: +
