فريق من الباحثين بقيادة البروفيسور إيريز حسنان من التخنيون يُعلن عن اكتشاف علمي رائد يحاكي "الانفجار الكبير" الضوئي على مقياس النانومتر
تتحدث مجلة Science عن اكتشاف علمي كشفه فريق البحث المؤلف من البروفيسور إيريز هاسمان من كلية الهندسة الميكانيكية ومعهد راسل بيري لتكنولوجيا النانو (RBNI) في التخنيون. يوضح هذا الاكتشاف الانتقال من نظام فيزيائي منظم إلى نظام مضطرب بصريًا على مقياس النانومتر، ويوضح "الانفجار الكبير" الضوئي على مقياس النانومتر في ظل ظروف المختبر، على غرار النماذج الموجودة في علم الكونيات.
"يتناول بحثنا تطوير المكونات البصرية على مقياس النانومتر وفهم التفاعل بين الهياكل الخفيفة والصغيرة"، يوضح البروفيسور حسنان، رئيس مختبرات بصريات النانو في كلية الهندسة الميكانيكية في التخنيون. "الغرض من الدراسة الحالية المنشورة في مجلة Science والتي تم إجراؤها مستوحاة من نموذج "الانفجار الكبير" في علم الكونيات هو توضيح كيفية انتقال النظام الفيزيائي من بنية النظام إلى الفوضى. لقد حاولنا فهم آلية انتقال الطور الطوبولوجي (الانتقال من الحالة المنظمة إلى الاضطراب الشديد نتيجة لكسر التماثل) على مقياس النانومتر.
أجرى البحث مجموعة أبحاث النانو الضوئيات بقيادة البروفيسور حسنان والتي تضم طلاب البحث الحنان ماجد ومايكل ياناي وأركادي فايرمان وإيجور يوليفيتش والباحث الدكتور فلاديمير كلاينر.
تم توضيح "الانفجار الضوئي" باستخدام أسطح نانوية تعتمد على هوائيات السيليكون الصغيرة (nanoantennas). "باستخدام الهوائيات النانوية التي أنتجناها في المختبر باستخدام تكنولوجيا السيليكون، قمنا بتطوير طريقة للسيطرة على الفوضى في النظام - عن طريق زيادة الإنتروبيا"، يوضح البروفيسور هاشمان.
"يتكون الضوء من الفوتونات، وهي جسيمات عديمة الكتلة تتحرك بسرعة الضوء. يتصرف كل فوتون مثل قمة دوارة تدور في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة. (في المصطلح العلمي: الدوران الإيجابي أو الدوران السلبي).
عندما تنتقل من حالة منظمة إلى حالة يوجد فيها القليل من الاضطراب، أي أنك تغير زاوية الهوائيات النانوية قليلاً، يحدث "ثقب الدوران الفوتوني"، وهو انقسام مكاني للفوتونات ذات دورانات متضادة، والفوتونات ذات دوران متضاد، يتحرك الدوران الموجب في اتجاه معين، أما أولئك الذين لديهم دوران سلبي فيتحركون في الاتجاه المعاكس. وهذا انقسام صغير جدًا على مقياس النانومتر، لذلك استخدم الباحثون فكرة البروفيسور ياكير أهارونوف من جامعة تل أبيب، والتي تسمى قياس الكم ضعيفلقياس الانفصال النانومتري بين حالتي الدوران لجسيمات الضوء. مع زيادة الفوضى وعندما يصل النظام إلى نقطة حرجة، حيث يوجد اضطراب كامل، يحدث "انفجار كبير" في البصريات النانوية، أي تشتت الفوتونات بدوران معاكس في جميع الاتجاهات (في المصطلحات العلمية - "تأثير راشبا العشوائي") . يتجلى كسر التماثل في النظام في خلق دوامات بصرية تسمى العيوب الطوبولوجية. تم إنشاء الدوامات الضوئية نتيجة للتفاعل بين مسار الفوتون (جسيم الضوء) ودورانه. وكشف القياس عن ظاهرة فريدة للغاية - زيادة مكانية كبيرة في عدد الدوامات الضوئية وخلق التنافر بين الدوامات نتيجة للاضطراب."
يعد هذا الاكتشاف طفرة علمية عالمية تم تنفيذها كما ورد لأول مرة في مختبر البروفيسور حسنان في التخنيون، وهو يصف "الانفجار الكبير" الضوئي، أي "الانفجار الكبير" على مقياس نانومتر يعتمد على الضوء.
يلهم هذا البحث فهم الاضطراب في الحالة الصلبة وسيساهم بشكل كبير في مجال الإلكترونيات الدورانية. بالإضافة إلى ذلك، فإنه يفتح إمكانيات تصميم المواد الضوئية مع التحكم في درجة اضطرابها.
البروفيسور هاشمان هو خبير عالمي مشهور في مجال الضوئيات النانوية - تفاعل الفوتونات مع الهياكل النانوية، وأسس مجال البصريات المغزلية. في السنوات الأخيرة، قام البروفيسور هاسمان، بالتعاون مع أعضاء مجموعته البحثية، بتطوير مصفوفات من هوائيات السيليكون النانوية، والتي يمكن من خلالها تشكيل أشعة الضوء والجمع بين عدد كبير من المكونات البصرية في مكون نانومتر واحد.
ويشير البروفيسور هاشمان بفخر إلى الإنجازات العظيمة التي حققتها مجموعته "على مدى السنوات الأربع الماضية، قمنا بنشر مقال رائد كل عام في مجلة العلوم. أدت هذه الإنجازات إلى حصول الحنان ماجد على جائزة وولف المرموقة لطلاب الدكتوراه المتميزين لعام 2017. وضعت مجموعتي البحثية الأسس في عام 2001 لمجال الأسطح الضوئية النانوية، والذي يعتبر الآن أحد أهم المجالات في مجال البصريات، والعديد من مختبرات الأبحاث في العالم تعمل في هذا المجال.
تضم مجموعة البروفيسور هاشمان باحثين من مختلف التخصصات، علوم الفيزياء والهندسية، المنخرطين في كل من الأبحاث الأساسية والأبحاث التطبيقية التي تؤدي إلى العديد من التطبيقات في صناعة التكنولوجيا المتقدمة.
لدى البروفيسور هاشمان تعاون مثمر مع جامعة ستانفورد في الولايات المتحدة الأمريكية، مما ينتج عنه أبحاث رائدة ومشاريع بحثية مشتركة، كما يسمح للباحثين في مجموعته بقيادة الأبحاث مع زملائهم في الولايات المتحدة الأمريكية. تم دعم البحث من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم (ISF) وتم تحقيق المكونات في مركز Zispel للإلكترونيات النانوية (MNFU).
شاهد فيديو توضيحي عن الدراسة:
תגובה אחת
لم أفهم بالضبط ما الذي يمكن فعله به