قد يصبح جهاز صغير للغاية لدرجة أنه يكاد يكون غير مرئي للعين المجردة هو المفتاح لرقائق الاستشعار البصري المستقبلية. قام فريق بحث في جامعة كولورادو بولدر بتطوير-رنان بصري دقيق "مضمار السباق" عالي الأداء يمكنه تقليل فقدان الضوء بشكل كبير، مما يفتح الباب أمام تطبيقات مثل الكشف عن المواد الكيميائية ومعدات الملاحة وحتى القياس الكمي. تم نشر الورقة ذات الصلة في العدد الجديد من رسائل الفيزياء التطبيقية.
نتيجة هذا البحث هي إنشاء مرنان دقيق لدليل موجي بصري على شريحة. يبلغ سمك الرنان الصغير 1/10 فقط من شعرة الإنسان. يمكن فهم الرنان الميكروي على أنه جهاز صغير "يحبس الضوء". يدور الضوء بشكل مستمر داخله، ويتراكم شدته تدريجيًا. عندما يكون الضوء قويًا بدرجة كافية، يمكن للعلماء استخدامه لإجراء عمليات بصرية خاصة مختلفة. برايت، المؤلف الأول لهذه الورقة
ووفقا للو، فإن هدفهم هو تمكين هذا الجهاز من العمل بكفاءة عند قوى بصرية أقل.
ركز الفريق على رنانات "مضمار السباق"، وهو جهاز سمي بهذا الاسم نسبة إلى شكله الطويل الذي يشبه مضمار السباق. لقد اعتمدوا على وجه التحديد تصميمًا منحنيًا سلسًا يسمى "منحنى أويلريان"، والذي يُرى بشكل شائع على الطرق والسكك الحديدية، لأن السيارات لا يمكنها الدوران فجأة بزاوية قائمة عند السفر بسرعات عالية، وينطبق الشيء نفسه على انتشار الضوء. إذا انحنى بشكل حاد للغاية، فسوف "ينزلق".
يؤدي استخدام مثل هذه الانحناءات الناعمة إلى تقليل الخسائر الضوئية بشكل كبير، مما يسمح للفوتونات بالبقاء داخل الرنان لفترة أطول، وبالتالي تعزيز التفاعلات. إذا كان هناك الكثير من فقدان الضوء، فلن يتمكن الرنان من تجميع ما يكفي من الضوء وسيقل أداءه بشكل كبير.
تم تصنيع الرنانات الدقيقة باستخدام الطباعة الحجرية لشعاع الإلكترون في غرفة نظيفة. على عكس الطباعة الحجرية الضوئية التقليدية، والتي تكون محدودة بطول موجة الضوء، يمكن لهذه التقنية تحقيق دقة أقل من - نانومتر وهي مناسبة لمعالجة الهياكل البصرية ذات الحجم الصغير -. ونظرًا للحجم الصغير للغاية للجهاز، فإن حتى الغبار أو العيوب الصغيرة قد تؤثر على انتشار الضوء، لذلك تعد البيئة النظيفة أمرًا بالغ الأهمية.
اختيار المواد أمر بالغ الأهمية بنفس القدر. استخدم الفريق نوعًا من مادة زجاج أشباه الموصلات كالكوجينيد. يتمتع هذا النوع من المواد بشفافية عالية وخصائص غير خطية قوية، مما يجعله مناسبًا جدًا للأجهزة الضوئية. ومع ذلك، فهي صعبة المعالجة، وتتطلب التوازن بين الأداء وصعوبة التصنيع. من خلال تقليل خسائر الانحناء، نجح الفريق في إنشاء أجهزة-منخفضة للغاية-تتميز بأداء مماثل لمنصات المواد المتقدمة الحالية.
وذكر فريق البحث أنه من المتوقع أن يصبح هذا الرنان الصغير في المستقبل مكونًا رئيسيًا في الأنظمة الضوئية ويمكن استخدامه في أجهزة الليزر الدقيقة وأجهزة الاستشعار البيوكيميائية وأجهزة الشبكات الكمومية. الهدف النهائي هو تطوير هذه التكنولوجيا إلى شرائح بصرية يمكن تصنيعها على نطاق واسع.
