اكتشاف جديد: مادة متعامدة يمكنها ان تحدّق بضوء - خطوة أولى نحو الحجاب الخفي

اكتشاف جديد: مادة متعامدة يمكنها ان تحدّق بضوء - خطوة أولى نحو الحجاب الخفي. أعلنت دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature Communications عن نجاح علماء في صناعة مادة متعامدة يمكنها أن تحدق بضوء في نطاق أوسع من السابق. هذه المادة، المعروفة باسم 'المسطح المتعامد'، تستخدم بنية نانوية محددة لتحكم في اتجاه انتشار موجات الإلكترو مغناطيسي. هذا الاكتشاف يفتح أبوابًا واسعة في مجال التخفي البصري، والاتصالات البصرية الأكثر كفاءة، والجهاز التصويري ذي التباين العالي. قامت هذه الدراسة بقيادة فريق من الباحثين من جامعة هارفارد و معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT).. مقدمة: مفهوم تحدّق بضوء منذ زمن بعيد، كان الإنسان يرسم صورًا عن قدرتِه على أن يكون خفيًا - مفهوم يظهر في الأساطير والروايات العلمية. ومع ذلك، فإن تقدمًا في مجال المادة المتعامدة يجعل هذا المفهوم أكثر واقعية. المادة المتعامدة هي مادة مصنعة تملك صفات إلكترو مغناطيسية لا توجد في الطبيعة، ولا سيما قدرتها على تحدّق بضوء حول الأجسام، مما يجعلها تبدو غير موجودة. أعلنت دراسة جديدة نُشرت في مجلة Nature Communications في بداية عام 2024 عن نجاح كبير في هذا المجال، حيث تم صناعة مسطح متعامد يمكنه تحدّق بضوء في نطاق أوسع من السابق، مع كفاءة أعلى. طريقة الدراسة: تصميم المسطح المتعامد الطبقي قاد فريق من الباحثين، بقيادة البروفيسور فدريكو كاباسو من جامعة هارفارد و الدكتور مارين سولجاشيتش من MIT، استخدام تقنية النانوغرافيا لصناعة المسطح المتعامد الذي يتكون من ملايين من الأعمدة السيليكونية بحجم نانومتر، موزعة في نمط معين على أساس الزجاج. كل أعمدة هذه تؤدي دورًا "الأنتينا" البصري الذي يمكنه تلاعبًا بالفازة، والامتصاص، والتمايز البصري للضوء الذي يمر به. من خلال تغيير شكل، حجم، وتباعد هذه الأعمدة، يمكن للباحثين التحكم في اتجاه انتشار الضوء بدرجة لم تصل إليها من قبل. استخدمت هذه الدراسة التمثيلات الحاسوبية والاختبارات المختبرية لتوثيق أن المسطح المتعامد يمكنه تحدّق بضوء الأشعة تحت الحمراء بزاوية حتى 80 درجة دون خسارة طاقة ملحوظة. النتائج الرئيسية: كفاءة تحدّق بضوء تصل إلى 95% أظهرت النتائج أن المسطح المتعامد الذي تم تصميمه يمكنه تحدّق بضوء بكفاءة تصل إلى 95%، مما يجعلها أفضل بكثير من المادة المتعامدة السابقة التي وصلت إلى حوالي 70%. هذا يعني أن معظم الضوء الذي يمر بالمسطح المتعامد يتم إعادة توجيهه إلى اتجاه المرغوب فيه، دون فقدان كبير للضوء. ومن المثير للاهتمام أن هذا المسطح المتعامد يعمل في نطاق طويل للغاية للغاية، من 1.2 ميكرومتر إلى 1.6 ميكرومتر، مما يشمل جزءًا كبيرًا من نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة. تم تحقيق هذا النجاح من خلال استخدام خوارزميات التعلم الآلي لتحسين تصميم الأعمدة السيليكونية، وهي طريقة مبتكرة في مجال المادة المتعامدة. التأثيرات التكنولوجية: من الحجاب الخفي إلى الاتصالات البصرية يحتوي هذا الاكتشاف على تأثيرات واسعة النطاق في مجالات تكنولوجية متعددة. أولًا، في مجال التخفي البصري، يمكن استخدام هذا المسطح المتعامد لصناعة طبقات رقيقة يمكنها إخفاء الأجسام من الرؤية بالكاميرات الأشعة تحت الحمراء. هذا مفيد بشكل خاص في التطبيقات العسكرية والسلامة. ثانيًا، في مجال الاتصالات البصرية، يمكن استخدام قدرة تحدّق بضوء هذه المادة المتعامدة لتحسين سرعة وثبات إرسال البيانات، لأن الإشارات البصرية يمكن أن تُوجه بدرجة عالية من الدقة دون الحاجة إلى عناصر ميكانيكية كبيرة. ثالثًا، في مجال التصوير الطبية، يمكن استخدام هذا المسطح المتعامد لصناعة مجاهر أكثر قوة بتباين عالي، مما يسمح للطبيب بمراقبة بنية الخلايا بشكل أكثر وضوحًا. التحديات والمستقبل: نحو الضوء المرئي على الرغم من نجاح هذا الاكتشاف، لا يزال هناك تحديات يجب التغلب عليها قبل أن يتم تطبيق هذه التكنولوجيا على نطاق واسع. واحد من التحديات الرئيسية هو نقل هذا المسطح المتعامد من نطاق الأشعة تحت الحمراء إلى نطاق الضوء المرئي، الذي يحتوي على طول موجي أقصر. هذا يتطلب بنية نانوية أصغر وأكثر دقة، مما يجعلها صعبة الإنتاج باستخدام التكنولوجيا الحالية للنانوغرافيا. بالإضافة إلى ذلك، لا تزال تكلفة إنتاج هذا المسطح المتعامد عالية، ويعمل الباحثون على إيجاد طرق لتحسينها باستخدام تقنيات النانوطباعة. ومع ذلك، مع تقدم التكنولوجيا النانوية والذكاء الاصطناعي، يعتقد العلماء أن الحجاب الخفي الذي يعمل بالضوء المرئي قد يصبح واقعًا في فترة 10 إلى 20 عامًا في المستقبل. الخاتمة: خطوة كبيرة في مجال الفوتونيك هذه الدراسة تعبر عن خطوة كبيرة في مجال الفوتونيك والمادة المتعامدة. مع قدرة تحدّق بضوء عالية في نطاق واسع من السبكتروم، هذا المسطح المتعامد يفتح أبوابًا واسعة لطبيعة تكنولوجية متعددة. على الرغم من أننا لا نزال بعيدًا عن الحجاب الخفي مثل ما يظهره الأفلام، فإن هذا الاكتشاف يثبت أن العلم والهندسة يمكن أن تجعل ما كان يعتبر مستحيلًا في الماضي واقعًا. يتعاون الباحثون حاليًا مع الشركات التكنولوجية لتحويل هذه التكنولوجيا إلى تطبيقات في مجال الاتصالات والتصوير، وربما نرى منتجات أولية في السوق في فترة زمنية قصيرة.