ساخت اولین متامتریال کوانتومی همه را شگفت زده کرد

ساخت اولین متامتریال کوانتومی همه را شگفت زده کرد

متامتریال (Metamaterial) به ماده‌ای گفته می‌شود که دارای خواص نامتعارف الکترومغناطیس در ساختار درونی خود است. نکته‌ی قابل توجه در این مواد خاصیت ضریب شکست منفی نور در آنها است، به این معنا که این مواد نور را در جهت مخالف مواد عادی شکسته و منحرف می‌کنند.

دانشمندان علم مواد در آلمان، برای نخستین بار موفق به ساخت متامتریال کوانتومی شدند. تولید این ماده‌ی جدید سوالات بسیاری را بر انگیخته است با این حال این ماده کاربردهای قابل توجهی در حوزه‌ی آشکارسازی فوتون‌ها و phase switching دارد و البته نویدبخش پیشرفت تحقیقات در حوزه‌ی فیزیک کوانتوم نیز خواهد بود.

متامتریال‌ها ذاتا دارای مشخصاتی فراطبیعی هستند و تقریبا تمامی آن‌ها یک ویژگی مشترک دارند و آن خاصیت انکسار (شکست) منفی نور است. «انکسار منفی» به این معنی است که این مواد نور را در جهت مخالف آنچه که انتظار دارید منحرف می‌کنند (همانند تصویری که در بالا ملاحظه می‌کنید). این ویژگی متامتریال‌ها باعث خلق ابداعات خارق‌العاده‌ای نظیر «لباس‌های نامرئی‌کننده» گردیده است. در عمل، دانشمندان برای ایجاد اثر انکسار منفی از «مرتعش‌کننده‌های حلقه‌ی شکاف‌دار» استفاده می‌کنند (تصویر پایین). این ساختار از دو قطعه فلز غیر مغناطیسی C شکل و هم مرکز  بهره می‌گیرد.

Split-Ring

تشریح عملکرد دقیق این ساختار از اهداف این مقاله خارج است، اما به صورت کلی می‌توان گفت که شکل حلقه‌ها و محل قرارگیری شکاف‌ها، بر فرکانس  مرتعش‌کننده (نور مرئی، اشعه‌ی مادون قرمز،امواج مایکروویو،..) تاثیر گذاشته و  در نتیجه موجب انحراف اشعه‌ای که به این ساختار برخورد می‌کند، خواهد شد. مشکل اصلی متامتریال‌های مبتنی بر این ساختار، فرکانس کاری پایین آن‌هاست که همین امر ساخت لباس‌های نامرئی‌کننده را که بیشتر در موج‌های فرکانس‌ بالایی مثل نور مرئی کاربرد دارند، با چالش مواجه ساخته است.

محققان آلمانی با قرار دادن 20 کوبیت (بیت کوانتومی) آلومینیوم در ارتعاش‌دهنده‌ی مایکرویوی توانستند مقدار بسیار اندکی ماده‌ی متامتریال کوانتومی تولید کنند (تصویر پایین).

20-qubit

با تابش امواج مایکرویو با یک فرکانس مشخص بر روی متامتریال کوانتومی، فوتون‌های تشکیل دهنده‌ی موج مایکروویو در مرتعش‌کننده برانگیخته می‌شوند. بعد از در هم کنش فوتون‌ها با 20 کوبیت آلومینیم، در نهایت این فوتون‌ها با تغییر وضعیت از مرتعش‌کننده خارج می‌شوند که این تغییر حالت در قالب انحراف اشعه قابل مشاهده خواهد بود. محققان با بررسی تغییر حالت فوتون‌ها به نتیجه‌ی جالب توجهی رسیدند:

هشت کوبیت‌ به منظور اثرگذاری بر روی فوتون‌ها به هم جفت شدند و در حین انجام فرایند،  این گروه 8 تایی به گروه‌هایی 4 تایی تفکیک شدند. ما هنوز در مورد علت بروز این پدیده مطمئن نیستیم و کشف آن عمده‌ترین هدف تحقیقات آینده خواهد بود.

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده

بیشتر بخوانید