ابتكرت مجموعة من الباحثين الصينيين بلورة ضوئية جديدة موفرة للطاقة ورقيقة للغاية باستخدام نظرية جديدة تضع الأساس لتكنولوجيا الليزر من الجيل التالي.
وصرح البروفيسور وانغ إنج من كلية الفيزياء بجامعة بكين لوكالة أنباء ((شينخوا)) مؤخرا بأن نيتريد البورون الملتوي الذي طوره الفريق يبلغ سمكه ميكرومترا، مما يجعله أنحف بلورة بصرية معروفة في العالم. بالمقارنة مع البلورات التقليدية بنفس السُمك، زادت كفاءة استخدام الطاقة بمقدار 100 إلى 10000 مرة.
وقال وانغ، الأكاديمي في الأكاديمية الصينية للعلوم، إن النتائج تعد ابتكارا أصليا في نظرية البلورات الضوئية الصينية وتفتح مجالا جديدا لصنع بلورات بصرية من مواد رقيقة ثنائية الأبعاد ذات عنصر ضوئي.
وقد نشرت نتائج البحث مؤخرا في مجلة Physical Review Letters.
يعد الليزر أحد التقنيات الأساسية لمجتمع المعلومات. يمكن للبلورات الضوئية تحقيق وظائف مثل تحويل التردد، والتضخيم البارامتري، وتعديل الإشارة، وهي مكونات رئيسية لأجهزة الليزر.
في السنوات الستين الماضية، تم توجيه البحث والتطوير في مجال البلورات الضوئية بشكل أساسي من خلال نظريتين لمطابقة الطور اقترحهما علماء أمريكيون.
ومع ذلك، نظرًا للقيود المفروضة على النماذج النظرية التقليدية وأنظمة المواد، يصعب على البلورات الموجودة تلبية متطلبات التصغير والتكامل العالي وتفعيل أجهزة الليزر للتطوير المستقبلي. يتطلب تطوير تكنولوجيا الليزر من الجيل التالي تحقيق اختراقات في نظرية البلورات الضوئية والمواد.
قاد وانغ إنغو والبروفيسور ليو كاي هوي، مدير معهد المواد وفيزياء المواد المكثفة بكلية الفيزياء بجامعة بكين، فريقًا لتطوير نظرية مطابقة المرحلة الثالثة استنادًا إلى أنظمة مواد العناصر الخفيفة - نظرية مطابقة الطور الملتوي.
يوضح ليو، الذي يشغل أيضًا منصب نائب المدير: "يمكن النظر إلى أشعة الليزر التي تنتجها البلورات الضوئية على أنها أعمدة فردية للسير. ويمكن لآلية الالتواء أن تجعل اتجاه وسرعة كل فرد منسقة بدرجة عالية، مما يحسن بشكل كبير من كفاءة تحويل الطاقة لليزر". معهد تقاطع المواد الكمومية للعناصر الخفيفة في مركز هوايرو الوطني للعلوم المتكاملة في بكين.
وقال إن البحث يفتح طرق تصميم وأنظمة مواد جديدة تمامًا، ويحقق سلسلة كاملة من الابتكارات الأصلية بدءًا من النظرية البصرية الأساسية وحتى علوم وتكنولوجيا المواد.
وأضاف ليو: "يتراوح سمك بلورات TBN من 1 إلى 10 ميكرومتر. ومعظم البلورات الضوئية التي عرفناها من قبل كان سمكها عند مستوى ملليمتر واحد أو حتى سنتيمترات".
يتم حاليًا الحصول على براءة اختراع لتكنولوجيا إنتاج TBN في الولايات المتحدة والمملكة المتحدة واليابان وبلدان أخرى. أنتج الفريق نموذجًا أوليًا لأشعة الليزر TBN ويعمل مع الشركات لتطوير تكنولوجيا الليزر من الجيل التالي.
وقال وانغ: "إن البلورات الضوئية هي حجر الزاوية في تطوير تكنولوجيا الليزر، ويتم تحديد مستقبل تكنولوجيا الليزر من خلال نظرية التصميم وتكنولوجيا إنتاج البلورات الضوئية".
بفضل حجمها الرفيع للغاية، وإمكانات التكامل الممتازة، والوظائف الجديدة، من المتوقع أن تحقق بلورات TBN اختراقات تطبيقية جديدة في المستقبل في مجالات مثل مصادر الضوء الكمومية والرقائق الضوئية والذكاء الاصطناعي.
