أي شخص استخدم التلفاز أو الراديو أو الهاتف المحمول يعرف ما هو دور الهوائي: فهو يلتقط الإشارات المحمولة في الهواء، مما يجعل هذه الأجهزة مفيدة للغاية. طورت مجموعة بحثية من جامعة رايس هوائيًا يلتقط الضوء بنفس الطريقة، على نطاق صغير وبإمكانات كبيرة.
وجد عالم فيزياء الحالة المكثفة دوج ناتلسون طريقة لصنع هوائي بصري يتكون من طرفين ذهبيين مفصولين بفجوة نانومترية تستقبل الضوء من الليزر. وقال الباحث الرئيسي إن الشوكات "تلتقط الضوء وتركزه في مساحة صغيرة بينهما"، مما يؤدي إلى زيادة شدة الضوء الموجودة في الفضاء بمقدار ألف مرة. ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Nature Nanotechnology.
ويتوقع الباحث أن يكون هذا الاكتشاف مفيدا في تطوير أدوات لمجال البصريات ولتطوير أجهزة الاستشعار الكيميائية والبيولوجية، حتى على مستوى الجسيم الواحد، وسيعزز تطبيقات السلامة الصناعية والدفاع والأمن الداخلي. .
يصف المقال، الذي كتبه باحثون من ألمانيا وإسبانيا، الطريقة التي يتم من خلالها توجيه شعاع الليزر إلى الفجوة بين زوج من الأطراف الذهبية التي تفصل بينهما أقل من نانومتر واحد.
"يمكنك أن تتجاهل حقيقة أن هوائي سيارتك يتكون من ذرات؛ إنه يعمل فقط"، يؤكد الباحث ناتلسون، أستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة رايس. "ومع ذلك، عندما تضع قطعًا صغيرة من المعدن قريبة جدًا من بعضها البعض، عليك أن تأخذ في الاعتبار جميع العوامل. من المفترض أن تكون الحقول كبيرة، وقد يصبح الوضع معقدًا وقد تجد نفسك في ظروف مقيدة. ومن أجل فهم ما يحدث بالضبط في أجهزتنا، كان علينا استخدام الفيزياء التي لا تلعب دورًا إلا في موقف تكون فيه الأشياء قريبة جدًا من بعضها البعض.
اتضح أن مفتاح قياس تضخيم الضوء هو قياس شيء مختلف تمامًا، وهو التيار الكهربائي الذي يمر بين أطراف الذهب. إن وضع أطراف النانو على مقربة شديدة يسمح للشحنة الكهربائية بالتدفق عبر آلية النفق الكمي عندما "تقفز" الإلكترونات من جانب إلى آخر. تمكن الباحثون من تحريك الإلكترونات بطريقة قابلة للقياس والتحكم عن طريق "دفعها" بترددات منخفضة عن طريق تطبيق الجهد الكهربي. كما تمكنوا أيضًا من جعلها تتدفق عن طريق تسليط شعاع الليزر، الذي يدفع الشحنة عبر التردد العالي جدًا لليزر.
ويوضح الباحث أنه من خلال مقارنة العمليتين، يمكن الحصول على قيمة قياسية يمكن على أساسها قياس درجة تضخيم الضوء. ساعد الشركاء الألمان والإسبان في كتابة المقال في تقديم النماذج النظرية المطلوبة للحسابات.
ويوضح الباحث أن التضخيم يحدث نتيجة للتأثير البلازموني. والبلازمونات، التي يمكن تحفيزها بالضوء، هي إلكترونات متذبذبة توجد داخل الهياكل المعدنية وتتصرف مثل الأمواج في بركة مغلقة. ويشير الباحث إلى أنه "لديك هيكل معدني، تقوم بتسليط الضوء عليه، فيتسبب الضوء في تحريك الهيكل المعدني". "يمكن اعتبار الإلكترونات الموجودة في المعدن بمثابة سائل غير قابل للضغط، يشبه الماء الموجود في الحمام. وعندما "تهزها" ذهابًا وإيابًا، تحصل على مجالات كهربائية."
ويشير الباحث إلى أنه "على سطح المعدن، قد تكون هذه الحقول كبيرة جدًا - حتى أكثر من تلك الناشئة عن الإشعاع الخارجي". "ما كان من الصعب قياسه هو هذه القيمة بالضبط - ما هو حجم المجال الكهربائي الناتج. من خلال القياسات المتزامنة، يتم تحديد هذه القيمة لكل من التيار الكهربائي المستقبل عند تردد منخفض والتيار البصري المستقبل عند تردد عالٍ بين الطرفين.
تعليقات 2
هل هناك مثال عملي لاستخدام هذا الاختراع، أم سيتم استخدامه كمكون لأنظمة أكبر
باختصار. شيء يذكرنا بكيفية عمل الترانزستور