تُعدُّ الطرق التحليلية البصرية حيويةً للمجتمع الحديث، إذ تُتيح تحديدًا سريعًا وآمنًا للمواد في المواد الصلبة والسائلة والغازية. تعتمد هذه الطرق على تفاعل الضوء بشكل مختلف مع هذه المواد في أجزاء مختلفة من الطيف. على سبيل المثال، يمتلك طيف الأشعة فوق البنفسجية قدرةً على الوصول المباشر إلى التحولات الإلكترونية داخل المادة، بينما يتميز طيف التيراهيرتز بحساسية عالية للاهتزازات الجزيئية.
صورة فنية لطيف النبضة تحت الحمراء المتوسطة في خلفية المجال الكهربائي الذي يولد النبضة
لقد أتاحت العديد من التقنيات المتطورة على مر السنين استخدام التحليل الطيفي الفائق والتصوير، مما سمح للعلماء برصد ظواهر مثل سلوك الجزيئات أثناء انطوائها أو دورانها أو اهتزازها، وذلك لفهم مؤشرات السرطان، وغازات الاحتباس الحراري، والملوثات، وحتى المواد الضارة. وقد أثبتت هذه التقنيات فائقة الحساسية فائدتها في مجالات مثل الكشف عن الأغذية، والاستشعار الكيميائي الحيوي، وحتى التراث الثقافي، ويمكن استخدامها لدراسة بنية الآثار، واللوحات، والمواد النحتية.
من التحديات القائمة منذ فترة طويلة عدم وجود مصادر ضوء مدمجة قادرة على تغطية نطاق طيفي واسع كهذا، مع سطوع كافٍ. يمكن للمسرعات السنكروترونية توفير تغطية طيفية، لكنها تفتقر إلى التماسك الزمني الذي تتمتع به أشعة الليزر، ولا يمكن استخدام هذه المصادر الضوئية إلا في مرافق واسعة النطاق.
في دراسة حديثة نُشرت في مجلة Nature Photonics، أفاد فريق دولي من الباحثين من المعهد الإسباني للعلوم الفوتونية، ومعهد ماكس بلانك للعلوم البصرية، وجامعة كوبان الحكومية، ومعهد ماكس بورن للبصريات غير الخطية والتحليل الطيفي فائق السرعة، من بين جهات أخرى، باكتشاف مصدر مُشغّل مدمج وعالي السطوع للأشعة تحت الحمراء المتوسطة. يجمع هذا المصدر بين ألياف بلورية فوتونية حلقية قابلة للنفخ ومضادة للرنين، وبلورة غير خطية جديدة. يُوفر الجهاز طيفًا متماسكًا يتراوح بين 340 نانومتر و40,000 نانومتر، مع سطوع طيفي أعلى بمقدار يتراوح بين درجتين وخمس درجات من أحد ألمع أجهزة السنكروترون.
وقال الباحثون إن الدراسات المستقبلية سوف تستخدم مدة النبضة المنخفضة لمصدر الضوء لإجراء تحليل المجال الزمني للمواد، مما يفتح آفاقًا جديدة لطرق القياس المتعددة الوسائط في مجالات مثل التحليل الطيفي الجزيئي أو الكيمياء الفيزيائية أو فيزياء الحالة الصلبة.
وقت النشر: ١٦ أكتوبر ٢٠٢٣