تست عنوان
close
فدراسیون سرآمدان علمی ایران | اخبار | استفاده از گرافن برای گیرانداختنِ نور در فضایی کوچکتر از طول موجِ آن
متن خبر

تاریخ خبر : ۱۳۹۷/۰۱/۲۱

تعداد بازدید : ۱۳۲

تعداد رای : ۳

استفاده از گرافن برای گیرانداختنِ نور در فضایی کوچکتر از طول موجِ آن

با استفاده از گرافن پژوهشگران توانستند نور را در کوچکترین فضای ممکن (به اندازه‌ی یک اتم) گیر بیاندازند. اگر نور را بتوان در چنین فضای کوچکی نگه داشت آنگاه در صنایع الکترونیک، سنسورها و ابزارهای تصویری، امکانات جدیدی بوجود خواهد آمد مثلا چیپ‌های کامپیوتری و سنسورهایی به مراتب کوچکتر از آنچه امروز وجود دارد ساخته خواهد شد.

استفاده‌های عملی از این فناوری نیاز به پژوهش‌های بیشتری دارد اما پژوهشگران از این کشف بسیار هیجان‌زده هستند و آنها این آزمایش را مانند بازیِ Lego در مقیاس اتمی می‌دانند.

به گفته‌ی رهبر این پژوهش فرانک کاپنر از موسسه‌ی ICFO در اسپانیا «گرافن همواره ما را هیجان‌زده می‌کند: کسی گمان نمی‌کرد که گیرانداختنِ نور در محدوده‌ی یک اتم امکان پذیر باشد. این امکان باعث می‌شود تا درهای جدیدی به روی پژوهشگران گشوده شود مثل ارتباطات اپتیکی و آشکارسازی در مقیاس یک نانومتر.»

به طور معمول به علت پدیده‌ای که به "پراش" معروف است نور را نمی‌توان در فضایی کوچکتر از طول موجش حبس کرد. دانشمندان تاکنون تلاش می‌کردند تا این محدودیت را با استفاده از قفس‌های فلزیِ نانومقیاس حل کنند اما محدودیت‌ها باعثِ هدر رفتِ انرژیِ فراوانی می‌شده است.

اما با این روش چنین مشکلی پیش نخواهد آمد. پژوهشگران از موادی با ساختارهای دو بعدی نامتجانس برای ساخت ابزارهای نانو-اپتیکی استفاده کرده‌اند. و در ادامه تک لایه‌های گرافن به عنوان نیمه فلز به مجموعه اضافه شد تا بتواند نور را به شکل پلاسمون هدایت کند.

این پلاسمون‌ها نوسانات الکترون‌هایی هستند که با قدرت با نور فعل و انفعال میکنند و بنابراین می‌توانند برای هدایت نور مورد استفاده قرار بگیرند. بر روی گرافن یک لایه‌ی نیترید بورِ نامتجانس شش ضلعی (hBN) به عنوان عایق بکار برده شد و بعد از آن یک آرایه از سیم‌های فلزی بکار رفت.

مثل خیلی از کشف‌های علمیِ بزرگِ پیش از این، این کشف تصادفی بدست آمد. در ابتدا دانشمندان به دنبال پیدا کردنِ راهی برای برانگیختنِ پلاسمون‌های گرافن بودند. در ادامه پژوهشگران متوجه شدند که نیروی پیوستگی بیشتر از پیش‌بینی‌ها است بنابراین تصمیم گرفتند تا به محدوده‌ی تک اتم وارد شوند و نتیجه شگفت‌انگیز بود.

زمانی که نور فرسرخ به ابزارهای دانشمندان فرستاده شد، پلاسمون‌ها بین فلز و گرافن جمع شدند. دانشمندان این فضا را تا عرض یک اتم فشرده کردند و متوجه شدند که پلاسمون‌ها هنوز حرکت کرده و می‌توانند آزادانه تکثیر شوند.

گسترش پلاسمون‌ها می‌تواند با روشن و خاموش کردنِ ولتاژهای الکتریکی کنترل شود که این امر نشان دهنده‌ی این است که چگونه می‌توان نور را در کانالی کوچک‌تر از ضخامت یک نانومتر کنترل کرد. برای اینکه مسئله بتواند در سوئیچ‌های اپتیکی، سنسورها و آشکارسازها تفاوت ایجاد کند تمام اجزاء باید به اندازه‌‌ی ابعاد اتم کوچک شوند اما این مطالعه نشان داد که نور می‌تواند در کوچکترین کانال‌ها نگه داشته شود.

این مطالعه هم اکنون در حال پیگیری است تا ترانزیستورهای بر پایه‌ی نور بر اساس آنها ساخته شود و با ساخت این ترانزیستورها که کوچکترین اجزاء برای ساخت ابزارهای الکترونیکی امروزی هستند، امکانات جدیدی برای کاهش اندازه و افزایش سرعت این ابزارها به روی صنعت گشوده شده است.

این مقاله در مجله‌ی Sciene چاپ شده است. برای مشاهده این مقاله، لینک مقاله را کلیک نمایید.

نظرات

پاسخ به نظــر بازگشت به حالت عادی ثبت نظر

نـــام
ایمیل
نظر شما
کارکترهایی که در تصویر می بینید را وارد نمایید. (حساس به حروف کوچک و بزرگ)