عدسی‌هایی که تاکنون می‌شناختیم، با خم کردن نور، آن را متمرکز می‌کردند. اما فیزیکدانان با عبور از مرزهای دانش، موفق به ساخت عدسی تخت جدیدی شده‌اند که نور را با استفاده از میدان‌های کوانتومی خم می‌کند.
این عدسی شگفت‌انگیز، نازک‌ترین عدسی جهان محسوب می‌شود و ضخامت آن به اندازه‌ی سه اتم است!
ساختاری شگفت‌انگیز
دانشمندان دانشگاه‌های آمستردام و استنفورد از لایه‌ای از ماده‌ی تنگستن دی‌سولفید (WS2) برای ساخت این عدسی تخت با عرض نیم میلی‌متر استفاده کرده‌اند.
اما ضخامت این عدسی، شگفت‌انگیزتر از هر چیز دیگری است.
ضخامت این عدسی تنها 0.0000006 میلی‌متر یا 0.6 نانومتر است که آن را به نازک‌ترین عدسی روی کره‌ی زمین تبدیل می‌کند.
این عدسی از حلقه‌های هم‌مرکز WS2 با شکاف‌هایی در میان این حلقه‌ها ساخته شده است.
این ساختار که به آن عدسی فرنسل یا عدسی صفحه کمربندی می‌گویند، نور را با استفاده از پراش (Diffraction) متمرکز می‌کند، نه شکست.
اندازه حلقه‌ها و فاصله بین آن‌ها (در مقایسه با طول موج نوری که به آن‌ها برخورد می‌کند) فاصله کانونی عدسی را مشخص می‌کند.
فاصله کانونی نازک‌ترین عدسی دنیا 1 میلی‌متر است.
کاربردهای شگفت‌انگیز
یکی از ویژگی‌های منحصربه‌فرد این عدسی این است که تنها برخی از نورهای عبوری از آن در کانون متمرکز می‌شوند و بقیه دچار تغییر نمی‌گردند.
این ویژگی که در ابتدا ممکن است یک نقطه ضعف به نظر برسد، در واقع کاربردهای فراوانی در تکنولوژی‌های آینده دارد.
برای مثال، این عدسی می‌تواند در عینک‌های واقعیت افزوده استفاده شود تا منظره پشت عدسی بدون تغییر باقی بماند.
علاوه بر این، این عدسی می‌تواند برای متمرکز کردن طول موج‌های خاص نور نیز طراحی شود.
استفاده از مفهوم تقویت کوانتومی
ساخت نازک‌ترین عدسی دنیا با استفاده از مفهوم تقویت کوانتومی امکان‌پذیر شده است.
این عدسی برای متمرکز کردن نور به اثرات کوانتومی درون WS2 متکی است.
این اثرات ماده را قادر می‌سازند که با کارایی بالا نور را در طول موج‌های مشخص جذب و دوباره منتشر کند.
به این ترتیب، می‌توان عدسی را برای طول موج‌های خاص بهینه‌سازی کرد.
فرایند تقویت کوانتومی به این ترتیب است:
- جذب نور: WS2 با فرستادن الکترون به یک سطح انرژی بالاتر، نور را جذب می‌کند.
- ایجاد اکسیتون: به‌علت ساختار فوق‌نازک ماده، الکترون شارژشده منفی و «سوراخ» شارژشده مثبت رها در شبکه اتمی، با توجه به جاذبه الکترواستاتیک بین‌شان به یکدیگر متصل می‌مانند و یک «اکسیتون» می‌سازند.
- گسیل نور: این اکسیتون به‌سرعت از بین می‌رود، زیرا الکترون و سوراخ در یکدیگر ادغام می‌شوند و نور گسیل می‌کنند. این نورِ دوباره منتشرشده عملکردی مشابه یک عدسی دارد.
دانشمندان دریافتند که کارایی این عدسی برای برخی از طول موج‌های نور به حداکثر می‌رسد.
اکسیتون‌ها در دماهای پایین بهترین عملکرد را نشان می‌دهند، اما این عدسی در دمای اتاق نیز کارایی دارد.
نتایج این پروژه در مجله Nano Letters منتشر شده است.
این اختراع شگفت‌انگیز، گامی بلند در دنیای اپتیک و فوتونیک به شمار می‌رود و می‌تواند کاربردهای فراوانی در زمینه‌های مختلف از جمله پزشکی، مخابرات و واقعیت افزوده داشته باشد.
اگر علاقه‌مند دنیای تکنولوژی هستید حتما شبکه‌های اجتماعی فیسیت را در اینستاگرام، تلگرام، روبیکا، توییتر و آپارات را دنبال کنید.
منبع خبر: iop.uva.nl
ثبت نظر