تكنولوجيا جديدة تتحكم في الضوء

ابتكر فريق من مختبر أبحاث الضوئيات بجامعة نيويورك أبو ظبي تكنولوجيا جديدة تتيح التحكم الدقيق بالضوء، مما يسهم في تعزيز الكفاءة والتحكم في الشبكات الضوئية المتقدمة والأنظمة البصرية الحديثة.

تم تطوير هذه التقنية استجابةً للحاجة المتزايدة إلى مواد ضوئية تتميز بالكفاءة العالية والقابلية للتحكم، والقادرة على تعديل مسار الضوء بدقة مع الحد الأدنى من تضعيف الإشارة الضوئية، وفق دراسة نشرتها دورية Nature Light Science & Applicatios.

وتنتمي المادة الجديدة إلى فئة تُعرف باسم المواد البصرية القابلة للتضبيط (TOMs)، تتيح التحكم الفعال بخصائص الضوء لتلبية احتياجات الدوائر الضوئية المتكاملة.

وتتمثل الإضافة الرئيسية للفريق في القدرة على تعديل مسار الضوء في منطقة الأشعة تحت الحمراء القصيرة بدقة وباستخدام دوائر مدمجة عالية الكفاءة.

على الرغم من النحافة الذرية، يُظهر الجرافين والمواد ثنائية الأبعاد تفاعلات ملحوظة مع المادة الضوئية؛ إذ يمتص الجرافين الضوء عبر طيف واسع من الأشعة تحت الحمراء إلى الأشعة فوق البنفسجية بسبب العلاقة الخطية بين الطاقة والزخم، مما يعني أنه يمتص الضوء بشكل كبير في مجموعة واسعة من الترددات دون تفضيل لترددات معينة، وهذا يتيح للجرافين استخدام الضوء من مجموعة واسعة من الطيف الضوئي لتوليد التيار الكهربائي أو لأغراض أخرى في التطبيقات الضوئية والإلكترونية.

في المقابل، تتمتع المواد ثنائية الأبعاد الأخرى بقدرات عالية على امتصاص الضوء والانبعاث، كما تُظهر تلألُؤًا ضوئيًّا قويًّا وسلوكًا يعتمد على الاستقطاب.

ووفق المؤلفة المشاركة في الدراسة "غادة دوشق"، قدم الباحثون وسيلة جديدة للتحكم النشط في الضوء عن طريق تطوير مادة تُسمىCuCrP2S6 ، وهي مركب ينتمي إلى عائلة مواد الكالكوجينيد المعدنية الانتقالية، وهي مجموعة من المواد التي تتألف من طبقات رقيقة من الذرات تتكرر بانتظام في شكل شبكة.

تقول "دوشق" في تصريحات لـ"نيتشر ميدل إيست": تتمتع تلك المادة ببنية بلورية فريدة وخصائص إلكترونية وبصرية مثيرة للاهتمام، منها خصائص للتوصيل الكهروضوئي والأيوني، وهذه الطبيعة المزدوجة تجعلها مناسبةً لمختلف التطبيقات، وخاصةً في مجال الإلكترونيات الضوئية.

وتعمل الدراسة على استكشاف الآلية التي تؤدي إلى تغيرات معامل انكسار الضوء في هذه الفئة الجديدة من المواد، فعندما يتم تطبيق مجال كهربائي على الجهاز، تتحرك أيونات النحاس داخل المادة، مما يؤدي إلى تراكمها في بعض المناطق ونقصها في مناطق أخرى، مما يشبه سلوك أشباه الموصلات.

ويؤدي هذا التوزيع المختلف للأيونات إلى تغيير في بيئة الإلكترونات داخل المادة، مما يؤدي في النهاية إلى تغيير في معامل الانكسار للضوء الذي يمر خلال الجهاز، ما يمكن استخدامه لضبط دقيق لمؤشر الانكسار وتوجيه الضوء بشكل محدد دون تأثير على سعة الجهاز، وهو الأمر الذي يوفر إمكانياتٍ كبيرةً لتوليف الجهاز لتطبيقات مختلفة وخفض الخسارة البصرية فيه.

تقول "دوشق": توفر تلك الطريقة إمكانيةً للتحكم الدقيق في معامل الانكسار الضوئي، وهو مقياس يقيس كيفية انكسار الضوء عند مروره عبر مادة معينة، وبفضل هذه القدرة على التحكم الدقيق، يمكن تحسين كفاءة الاستفادة من الضوء وتقليل الخسارة في الإشارة الضوئية، مما يجعل هذه التقنية خيارًا مثاليًّا للتطبيقات الحديثة في مجال الإلكترونيات الضوئية.

كما يمكن استخدام هذه التقنية في مجموعة واسعة من التطبيقات، بدءًا من المصفوفات المتزامنة التي تحتاج إلى توجيه دقيق للضوء، وصولًا إلى التحكم الضوئي الذي يمكن أن يستخدم في تحويل الإشارات الضوئية أو تحويل الطاقة الضوئية، بالإضافة إلى إمكانية استخدامها في الاستشعار البيئي والقياس لرصد تغيرات البيئة وتحليلها، وفي أنظمة التصوير الضوئية التي تتطلب دقةً عاليةً في التصوير واستجابةً سريعة، وأيضًا في أنظمة حوسبة الذكاء الصناعي التي تعتمد على الحساسية للضوء، مثل الشبكات العصبية الاصطناعية.

اشترك للحصول على النشرة الإلكترونية المحدّثة كل أسبوعين لكي تبقى على اطلاع بكافة المستجدات على الموقع.