الإمساك بضوء قوس قزح ؟

استطاع مهندسون في جامعة بوفالو أن يُنشئوا وسيلة جديدة أكثر كفاءة لإمساك أضواء قوس قزح، ليصبح ذلك من أهم الاكتشافات الجديدة في علم الضوئيات التي يمكن أن تؤدي إلى تحقيق تقدم في مجال الطاقة الشمسية وتكنولوجيا التخفي وغيرها من مجالات البحث.

شرح الدكتور كياوكوانغ غان وهو أستاذ مساعد في الهندسة الكهربائية في جامعة بوفالو مع فريق من طلاب الدراسات العليا عملهم بورقة بحثية تُدعى بـ”قوس قزح محجوز في الدليل الموجي لوراء مادة قطعية” نشرت في مؤخراً على المجلة العلمية Scientific Reports قامت هذه الدراسة بتطوير “الدليل الموجي لوراء مادة قطعية” وهي بالأساس رقاقة متطورة مصنوعة من أغشية رقيقة جدا ومتناوبة من المعدن وأشباه الموصلات و/أو مواد عازلة. هذا الدليل الموجي يوقف ويمتص تردد الضوء في نهاية المطاف، في أماكن مختلفة باتجاه عمودي للإمساك بالأطوال الموجية لـ”قوس قزح” ويؤكد الباحث غان “تمت دراسة الامتصاص الكهرومغناطيسي منذ سنوات عديدة، خاصة لأنظمة الرادار العسكري” وأضاف “في الوقت الحالي، يأمل الباحثون بتطوير ممصات للضوء مدمجة تعتمد على أشباه موصلات بصرية سميكة أو أنابيب كربون نانوية. إلا أن الأمر لا زال يمثل تحدياً لتحقيق الممتص المثالي بأغشية رقيقة جداً بوجود امتصاص طيفي يمكن ضبطه.

”نحن لا نزال نعمل على تطوير هذا الفلم الرقيق التي سوف يقوم بإبطاء امتصاص الضوء والسماح إلى كفاءة أكثر”

الضوء مكون من فوتونات تتحرك بسرعة فائقة للغاية “سرعة الضوء” التي يصعب ترويضها. في المحاولات الأولية لإبطاء الضوء، اعتمد الباحثون على الغازات المبردة ولكن كون الغازات باردة جداً “٢٤٠ فهرنهايت تحت الصفر” يجعلها صعبة الاستخدام خارج المختبر.

ساعد غان في تطوير تقنية رائدة لإبطاء الضوء دون استخدام الغازات الباردة قبل انضمامه إلى جامعة بوفالو ، وذلك بوضع أخاديد على المقياس النانوي في أسطح معدنية على أعماق مختلفة منها. هذه العملية غيرت الخصائص البصرية للمعدن. و لكن رغم نجاح الفكرة، بقي مفعولها محدودا: على سبيل المثال، لا يمكن توصيل طاقة الضوء الوارد على السطح المعدني بكفاءة عالية، وهو ما أعاق استخدامها في التطبيقات العملية، حسب قول غان.

لكن الدليل الموجي القطعي يحل هذه المشكلة لأنه نطاق واسع من غشاء ذي نقوش بإمكانه تجميع الضوء بفعالية. قد يؤدي ذلك إلى تقدم كبير في عدد من المجالات.

على سبيل المثال، في مجال الإلكترونيات هناك ظاهرة تُعرف باسم الحديث المتبادل “كروس توك”، حيث الإشارة المرسلة على دارة أو قناة معينة تُحدث تأثيراً غير مرغوب فيه في دارة أو قناة أخرى، هذا الغشاء الماص فوق الرقاقة بإمكانه منع وقوع ذلك.

يمكن تطبيق هذا الغشاء الماص على الألواح الشمسية وغيرها من أجهزة الحاصدة للطاقة. ويقول غان، قد يكون ذلك مفيداً بشكل خاص كغشاء ماص للحرارة عند المنطقة المتوسطة للطيف ما تحت الأحمر للأجهزة التي تقوم بإعادة تدوير الحرارة بعد غروب الشمس.

ويمكن استخدام هذه التكنولوجيا في صناعة قاذفة القنابل المتخفية التي تتطلب مواد تجعل الطائرات والسفن وغيرها من الأجهزة غير المرئية للرادار وطرق الكشف عن الأشعة تحت الحمراء والسونار وغيرها. لأن امتصاصات هذه الرقاقة لديها القدرة على استيعاب موجات مختلفة في العديد من الترددات وقد تصبح مفيدة باعتبارها خاصية للتخفي.