على مواد ذات معامل انكسار كبير، ويمكن من خلالها تطوير المكونات البصرية مثل عدسات الكاميرا والمجاهر وأنظمة التصوير والمرايا والمرشحات
المواد الخارقة هي مواد مصممة هندسيًا وشبه صناعية ذات خصائص فريدة غير موجودة في الطبيعة، والتي يتم إنشاؤها بسبب بنيتها الاصطناعية. قام الدكتور تومر ليفي من كلية الهندسة في جامعة بار إيلان وفريقه بهندسة المواد وتحويلها إلى مواد خارقة، ودراسة تفاعلها مع الضوء. يهدف هذا إلى فهم الفيزياء المشاركة في هذا التفاعل وتطوير المكونات البصرية المسطحة، مثل عدسات الكاميرا والمجاهر وأنظمة التصوير والمرايا ومقسمات الشعاع (المكونات التي تقسم أشعة الضوء) والمستقطبات والصور المجسمة والمرشحات.
من الممكن الحصول على خواص فيزيائية رائعة من تفاعل الضوء والمواد الهندسية، وهي خواص لا تحدث في الطبيعة،
يقول: "من الممكن الحصول على خصائص فيزيائية رائعة من تفاعل الضوء والمواد الهندسية، تلك التي لا تحدث في الطبيعة، وتطوير مكونات بصرية متقدمة تعتمد عليها - تقريبًا كل مكون بصري موجود في المختبر وفي الصناعة". دكتور ليفي. "من الممكن، على سبيل المثال، إنشاء هياكل مربعة على سطح السيليكون باستخدام طرق الطباعة الحجرية الضوئية وتسليط الليزر عليها - وبالتالي النجاح في إدخال 100% من الضوء إليه بدلاً من 70% في حالته الطبيعية. وهذا يعني خلق موقف يكون فيه انعكاس الضوء صفرًا."
يقوم الدكتور ليفي وفريقه أيضًا بدراسة الخصائص السطحية للمواد الغريبة. على سبيل المثال، المواد ثنائية الأبعاد (المكونة من طبقة بسمك ذرة واحدة) مثل الجرافين والعوازل الطوبولوجية. وذلك لأن هذه الخصائص الفريدة تساهم في الحركة العالية للإلكترونات على السطح، مما يجعل من الممكن إنتاج مكونات إلكترونية بصرية صغيرة ومتقدمة مثل أجهزة الكشف والمعدلات.
وفي دراستهم الأخيرة، التي حصلت على منحة من مؤسسة العلوم الوطنية، ركز الباحثون على مجموعة من المواد تسمى الكالكوجينيدات - وهي مركبات تحتوي على عنصر واحد على الأقل من الكبريت أو السيلينيوم أو التيلوريوم. وتشمل بعض هذه المركبات تيلورايد الرصاص، وتيلوريد البزموت، وسيلينيد البزموت. وفي دراسة سابقة اكتشف الباحثون أن هذه المواد تتميز بمعامل انكسار يختلف في شدته باختلاف درجة الحرارة. ويعتبر هذا المعامل المؤشر الأكثر أهمية في مجال البصريات؛ وهو الذي يحدد مقدار انكسار (انعكاس) الضوء أو امتصاصه أو تناثره، عندما يسقط على وسط معين. كلما كان هذا المؤشر أكبر، كلما كان من الممكن تحسين التطبيقات البصرية (مثل البعد البؤري للعدسة وتشتيت الضوء في اتجاهات مختلفة).
وقام الباحثون بتصميم أسطح من مركبات الكالكوجينيدات، وقاموا بتسخينها أو تبريدها باستخدام تيار كهربائي، وبالتالي أثروا على خصائصها. "إن التحكم الديناميكي في السطح الخارق يغير خصائصه بشكل كبير، على سبيل المثال، يمكنه تحويله من شفاف تمامًا إلى عاكس بنسبة 100٪، وهو مظهر مثالي"، يوضح الدكتور ليفي.
ومن بين أمور أخرى، قام الباحثون بتصميم أسطح الرصاص التيلوريد وتسخينها باستخدام تيار كهربائي. وهكذا قاموا بالفعل بإنشاء مرشح بصري ديناميكي (مرشح طيفي) - وهو جهاز يمرر أشعة الضوء حسب خصائصها (مثل اللون والاستقطاب)، ويحجب بقية الأشعة التي لا تمتلك هذه الخصائص، والتي يمكن تفتح وتغلق حسب الجهد الكهربائي. يمكن دمج مثل هذا المرشح، الصغير الحجم والذي يتم التحكم فيه كهربائيًا، على سبيل المثال، في أجهزة الاستشعار وأجهزة قياس الطيف (أجهزة قياس بصرية لمراقبة نطاق إشعاع مصادر الضوء) والمساهمة في تصغيرها، بحيث تكون أكثر تقدمًا وأسهل في التشغيل والتشغيل. أرخص. اليوم، العديد من أجهزة قياس الطيف لديها مرشحات بصرية تتكون من العديد من المرايا المتحركة مع صدى الضوء بينهما. ويقول الدكتور ليفي إنه "بدلاً من النظام الذي يبلغ طوله عشرات السنتيمترات ويزن حوالي كيلوغرام، قمنا بتطوير سطح يزن عشرة جرامات ويكون طول الجزء النشط أقل من ميكرون. لقد اختبرناه بالحسابات والمحاكاة ورأينا أنه يعمل كما هو متوقع."
وبالإضافة إلى ذلك، قام الباحثون بقياس معامل الانكسار لمادة تيلوريد البزموت، ووجدوا أنه الأكبر الذي تم قياسه على الإطلاق. ولذلك صُنعت منه أسطح تكون دقة وضوحها أصغر بعشر مرات من الطول الموجي للضوء الذي يسقط عليها. وبهذه الطريقة يمكنك التحكم مكانيًا في الضوء، وضغطه إلى مكونات بصرية صغيرة والحصول على دقة أعلى بكثير. "لقد اكتشفنا أنه من الممكن هندسة أسطح ديناميكية وصغيرة وعالية الكفاءة أيضًا من تيلوريد البزموت لاستخدامها في المكونات البصرية المتقدمة. لأنه كلما زاد معامل الانكسار، كلما كان تفاعل الضوء مع المادة أقوى"، يخلص الدكتور ليفي.
الحياة نفسها:
الدكتور تومر ليفي، على علاقة + ابنتان (7، 9)، يعيش في تل أبيب. يحب التنس والموسيقى والسينما والسفر.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
