هدایت نور به شیوه‌های بی‌سابقه با همکاری دانشمند ایرانی

 تیمی از محققان دانشگاه سان‌فرانسیسکو با همکاری یک دانشمند ایرانی برای اولین بار در جهان توانسته‌اند ماده شکاف باند فوتونیک نامنظم دو بعدی که به عنوان بستری برای کنترل نور به طرزی بی‌سابقه طراحی شده را به نمایش بگذارند.

به گزارش سرویس علمی خبرگزاری دانشجویان ایران(ایسنا)، ماده جدید ساخته شده با همکاری سیدرضا هاشمی‌زاد به محققان اجازه خواهد داد تا جریان و تابش نور را به شیوه‌های جدید از طریق جداسازی از مسیرهای بسیار زاویه‌ای و محدود نور دیکته شده در داخل بلورهای فوتونیک منظم دستکاری کنند.

در عوض ماده جدید می‌تواند به راههایی با شکل دلخواه، موجدار، منحنی و به شدت خم برای هدایت نور منجر شود.

کاربردهای این مواد جدید در آینده محقق خواهد شد، اما شاید بتوان از آنها برای پنلهای خورشیدی بصرفه‌تر و نمایشگرهای درخشان استفاده کرد. نور با شکل آزاد که در میان مواد حرکت کرده می‌تواند بطور خاص برای طراحی مدارهای نوری جمع‌وجور در پردازش سیگنال و ارتباط از راه دور مفید باشد.

  شکاف باند فوتونیک به هدایت فوتونها به شیوه مشابه هدایت جریان الکترونها توسط نیمه‌رساناها در دستگاههای الکترونیکی مدرن کمک می‌کند. محققان با مسدود کردن نور با انرژی یا فرکانس خاص بطوری که نتواند در ماده منتشر شده یا وجود داشته باشد، به این دستاورد رسیده‌اند.

مواد شکاف نوری فوتونیک در طبیعت بسیار نادرند؛ اگرچه می‌توان آنها را بر روی بال رنگین‌کمانی برخی پروانه‌ها و یا روی سنگهای اوپال که طول موجهای خاص نور قادر به ورود به تمام زوایا نبوده، قابل مشاهده هستند.

همیشه باورها بر این بوده که یک شکاف باند فوتونیکی در مواد ساخته شده باید بر بازتاب در لایه‌های سازه‌های بلوری مانند بلورهای سیلیکون تکیه داشته باشد اما اخیرا دانشمندان با استفاده از شبیه‌سازیهای عددی پیش‌بینی کرده‌اند که امکان برخورداری از شکاف باند فوتونیکی در ساختارهای نامنظم وجود دارد.

یک الگوی دوره‌ای منظم مانند کاشی‌های کف حمام تنها با شکلهای خاص مانند شش ضلعی، مثلث یا مربع قابل ساخت است. به این دلیل، مواد شکاف باند فوتونیکی منظم دوره‌ای به انتقال نور در مسیرهای خاص در امتداد جهتهای خاص بلور محدود هستند.

ماده جدید هاشمی‌زاد و همکارانش نامنظم بوده و از این رو به تقارن چرخشی خاص مانند کاشی‌های حمام محدود نیست. این امر بدان معنی است که می‌توان آنها را همسانگرد ساخت.

به گفته محققان، این ترکیب ویژگیها به ارائه بستر با شکل آزاد خواهد پرداخت تا دانشمندان بتوانند هر نوع مسیر خم شده یا منحنی را برای هدایت جریان نور انتخاب کنند.

از آنجایی که این ماده در همه جهات مشابه بوده، از ویژگیهای فوتونیک مشابه در همه جهات برخوردار است. این کیفیت ممکن است در تجهیزات آینده که نیازمند جمع‌آ‌وری یا تابش نور در یک راه یکسان مانند پنل انرژی خورشیدی یا نمایشگر هستند، مفید باشد.

محققان با یک الگوی نقطه برای طراحی مواد نامنظم کارشان را آغاز کردند. این طرح سپس به شکل یک فایل رایانه‌ای برای چاپ سه‌بعدی ساختار پایه با حفره‌ها و شکافهای دقیق که مونتاژ میله‌ها و ورقه های آلومینیوم را هدایت می‌کردند، تبدیل شد.

ماده جدید در مقیاس یک سانتیمتری ساخته شده و با ریزموجها که از طول موج طولانی‌تری نسبت به نور مرئی برخوردارند، آزمایش شده است. محققان بر این باورند که می‌توانند بزودی این ماده را به مقیاسهای کوچکتر تبدیل کرده تا طول‌موجهای کوتاهتر نور مرئی و مادون قرمز انتقال دهد.

آنها اکنون در حال کار برای ساخت این مواد در مقیاس 500 نانومتر هستند.

این پژوهش در مجله مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده است.