يمكن لعملية جديدة أن تجعل المواد الاصطناعية شفافة أو حتى غير مرئية تمامًا

مساحة الحدود النهائية. تتابع المركبة الفضائية إنتربرايز مهمتها لاستكشاف المجرة ، عندما تنقطع فجأة جميع قنوات الاتصال بسبب سديم لا يمكن اختراقه. في العديد من حلقات المسلسل التلفزيوني الشهير ، يجب على الطاقم الشجاع “تكنولوجيا التكنولوجيا” و “علم العلم” في غضون 45 دقيقة فقط من وقت البث من أجل تسهيل هروبهم من هذا المأزق أو ما شابه قبل بدء عرض الاعتمادات النهائية. على الرغم من قضاء وقت أطول بشكل ملحوظ في مختبراتهم ، فقد نجح فريق من العلماء من جامعة روستوك في تطوير نهج جديد تمامًا لتصميم المواد الاصطناعية التي يمكنها نقل الإشارات الضوئية دون أي تشوهات عن طريق تدفقات الطاقة المضبوطة بدقة. لقد نشروا نتائجهم في تقدم العلم.

“عندما ينتشر الضوء في وسط غير متجانس ، فإنه يخضع للتشتت. يحول هذا التأثير بسرعة شعاعًا مضغوطًا وموجهًا إلى توهج منتشر ، وهو مألوف لنا جميعًا من السحب الصيفية وضباب الخريف على حد سواء ،” البروفيسور ألكسندر سميت من معهد يصف الفيزياء في جامعة روستوك نقطة البداية لاعتبارات فريقه. والجدير بالذكر أن التوزيع المجهري للكثافة للمادة هو الذي يحدد خصائص الانتثار. يتابع سميت: “الفكرة الأساسية للشفافية المستحثة هي الاستفادة من خاصية بصرية أقل شهرة لإخلاء مسار الحزمة ، إذا جاز التعبير.”

هذه الخاصية الثانية ، المعروفة في مجال الضوئيات تحت العنوان الغامض “non-Hermiticity” ، تصف تدفق الطاقة ، أو بشكل أكثر دقة ، تضخيم وتخفيف الضوء. حدسيًا ، قد تبدو التأثيرات المصاحبة غير مرغوب فيها – خاصة أن تلاشي الحزمة الضوئية بسبب الامتصاص قد يأتي بنتائج عكسية للغاية لمهمة تحسين إرسال الإشارات. ومع ذلك ، فقد أصبحت التأثيرات غير الهرمية جانبًا رئيسيًا من جوانب البصريات الحديثة ، ويسعى مجال كامل من البحث جاهدًا لتسخير التفاعل المعقد للخسائر والتضخيم للوظائف المتقدمة.

تقول طالبة الدكتوراه أندريا شتاينفورث ، المؤلف الأول للورقة ، إن “هذا النهج يفتح إمكانيات جديدة تمامًا”. فيما يتعلق بشعاع الضوء ، يصبح من الممكن تضخيم أو إخماد أجزاء معينة من a الحزم على المستوى المجهري لمواجهة أي بداية تدهور. للبقاء في صورة السديم ، يمكن قمع خصائص تشتت الضوء تمامًا. يوضح شتاينفورث: “نحن نعمل بنشاط على تعديل مادة ما لتكييفها من أجل أفضل إرسال ممكن لإشارة ضوئية محددة”. “لتحقيق هذه الغاية ، يجب التحكم في تدفق الطاقة بدقة ، بحيث يمكن أن يتلاءم مع المادة والإشارة مثل قطع اللغز.” بالتعاون الوثيق مع شركاء من جامعة فيينا للتكنولوجيا ، نجح الباحثون في روستوك في معالجة هذا التحدي. في تجاربهم ، كانوا قادرين على إعادة إنشاء ومراقبة التفاعلات المجهرية لـ إشارات ضوئية بموادها النشطة المطورة حديثًا في شبكات من الألياف الضوئية بطول كيلومتر.

في الواقع ، الشفافية المستحثة هي مجرد واحدة من الاحتمالات الرائعة التي تنشأ من هذه النتائج. إذا كان كائن ما يجب أن يتلاشى حقًا ، فيجب منعه تشتت ليس كافيا. بدلاً من ذلك ، يجب أن تظهر موجات الضوء خلفها دون أن يزعجها أحد تمامًا. ومع ذلك ، حتى في فراغ الفضاء ، فإن الانعراج وحده يضمن أن أي إشارة ستغير شكلها لا محالة. “يقدم بحثنا وصفة لهيكلة مادة بطريقة تمرر بها أشعة الضوء كما لو لم تكن المادة ولا منطقة الفضاء التي تشغلها موجودة. ولا حتى أجهزة الإخفاء الوهمية لرومولان يمكنها فعل ذلك ،” مؤلف مشارك د. ماتياس هاينريش ، عائداً إلى الحدود النهائية لستار تريك.

تمثل النتائج المقدمة في هذا العمل طفرة في البحث الأساسي حول الضوئيات غير الهرميتية وتوفر طرقًا جديدة للضبط الدقيق الفعال للأنظمة البصرية الحساسة ، على سبيل المثال ، أجهزة الاستشعار للاستخدام الطبي. تشمل التطبيقات المحتملة الأخرى التشفير البصري ونقل البيانات الآمن ، فضلاً عن توليف المواد الاصطناعية متعددة الاستخدامات ذات الخصائص المخصصة.