شناسایی امکان وجود نور در فرمی که پیش از این ناشناخته بود
تحقیقات جدید نشان میدهد که امکان ایجاد یک فرم جدید از نور با پیوند نور به الکترون و ترکیب خواص هر دوی آنها وجود دارد. به گفتهی دانشمندان فعال در این مطالعه از امپریال کالج لندن، نور و الکترون به صورت کوپل با هم دارای خواصی هستند که میتواند به مدارهایی بیانجامد که از بستههای نوری یا فوتونها به جای الکترونها برای کار استفاده میکنند.
یافتهی اخیر همچنین این امکان را برای محققان فراهم میکند تا به مطالعهی پدیدههای فیزیکی کوانتومی که در ذرات کوچکتر از اتم حاکم هستند در یک مقیاس قابل مشاهده بپردازند.
در مواد طبیعی، نور با یک مجموعهی کامل از الکترونهایی که در سطح و درون مواد وجود دارند در تعامل است. اما با استفاده از فیزیک نظری برای مدلسازی نور و همچنین استفاده از یک کلاس به تازگی کشف شده از مواد شناخته شده به عنوان عایقهای توپولوژیکی، محققان انگلیسی پی بردهاند که میتوان تنها با یک الکترون نیز روی سطح مورد نظر برهمکنش ایجاد کرد.
این کار میتواند به عبارتی باعث ایجاد یک پدیدهی دوگانه شود؛ پدیدهای که برخی از خواص نور و الکترون را با هم ادغام میکند. به طور معمول، نور در یک خط مستقیم حرکت میکند، اما زمانی که با یک الکترون ادغام شده باشد، آنگاه به جای اینکه مسیر خود را در خط مستقیم ادامه دهد، در مسیری به ردیابی سطح مادهی مورد نظر ادامه خواهد داد.
در این مطالعه که به تازگی در ژرونال نیچر کامیونیکیشنز Nature Communications به انتشار رسیده است، دکتر وینچنتزو جیانینی (Vincenzo Giannini) و همکارانش این تعامل را پیرامون نانوذرات مدل کردهاند. نانوذرات به ذراتی اطلاق میشود دارای قطری کمتر از ۰.۰۰۰۰۰۰۰۱ متر باشند. در این پژوهش از نانوذرههایی ساخته شده از یک عایق توپولوژیک استفاده شده بود.
مدل آنها نشان داد، همانطور که نور میتواند برخی از ویژگیهای الکترون را دریافت کرده و به عنوان نمونه بتواند پیرامون ذره گردش کند، الکترونها نیز میتوانند برخی از خواص نور را در طی این ادغام به دست آورند.
به طور معمول، هنگامی که الکترون در پدیدههایی همانند مدارهای الکتریکی منتقل میشوند، حرکت آنها در صورتی که سیستم با یک نقص مواجه شود متوقف خواهد شد. با این حال، تیم دکتر جیانینی پی بردهاند که حتی اگر نقصی هم در سطح نانوذره وجود داشته باشد، الکترون به کمک نور همچنان قادر خواهد بود تا مسیر خود را در مدار ادامه دهد.
اگر بتوانیم این دستاورد را به مدارهای فوتونیک نیز منتقل کنیم، در آن صورت کارکرد آنها نیز قویتر شده و آسیبپذیری کمتری در برابر اختلال و عیوب فیزیکی خواهند داشت. دکتر جیانینی در این باره گفته است:
نتایج این تحقیق تاثیر بسیار زیادی در نوع نگرش ما به نور و تصور ما از آن خواهد داشت. عایقهای توپولوژیکی به تازگی و در دههی گذشته کشف شدهاند، اما در حال حاضر ما پدیدههای جدیدی را پیش روی خودمان برای مطالعهی راههای جدید به منظور کشف مفاهیم مهم در فیزیک میبینیم.
دکتر جیانینی اضافه کرد که احتمالا مشاهدهی واقعی پدیدهای که او در مدلهایش به آزمایش آن پرداخته با استفاده از تکنولوژی فعلی نیز میسر باشد و تیم پژوهشی در حال همکاری با فیزیکدانان تجربی هستند تا بتوانند این پدیده را در واقعیت نیز مشاهده کنند.
او معتقد است، فرآیندی که منجر به ایجاد این شکل جدید از نور میشود، میتواند در مقیاس بزرگتری نیز به کار رود و مشاهدهی واقعی این پدیده را بسیار سادهتر سازد. در حال حاضر، پدیدههای کوانتومی تنها زمانی رویت میشوند که ما آنها را در ذرات بسیار کوچک یا اشیای بسیار سرد جستجو کنیم. اما این یافتههای جدید میتواند دانشمندان را قادر سازد تا حتی در دمای اتاق نیز بتوانند پدیدههای کوانتومی را مشاهده کنند.
نظرات