الأجهزة الدقيقة والليزر الأكثر كفاءة

الأجهزة الدقيقة وأكثر كفاءةالليزر
قام باحثو معهد رينسيلار للفنون التطبيقية بإنشاءجهاز الليزرهذا لا يتجاوز عرض شعرة الإنسان، مما سيساعد الفيزيائيين على دراسة الخصائص الأساسية للمادة والضوء. وقد يُسهم عملهم، المنشور في مجلات علمية مرموقة، في تطوير ليزرات أكثر كفاءة لاستخدامها في مجالات تتراوح من الطب إلى التصنيع.

الالليزرالجهاز مصنوع من مادة خاصة تُسمى العازل الطوبولوجي الفوتوني. تستطيع العوازل الطوبولوجية الفوتونية توجيه الفوتونات (الموجات والجسيمات التي تُكوّن الضوء) عبر واجهات خاصة داخل المادة، مع منع تشتت هذه الجسيمات في المادة نفسها. بفضل هذه الخاصية، تُمكّن العوازل الطوبولوجية العديد من الفوتونات من العمل معًا كوحدة واحدة. يمكن أيضًا استخدام هذه الأجهزة كـ "محاكيات كمية" طوبولوجية، مما يُمكّن الباحثين من دراسة الظواهر الكمومية - القوانين الفيزيائية التي تُنظّم المادة على مقاييس صغيرة للغاية - في مختبرات مُصغّرة.
"الالطوبولوجيا الفوتونيةالعازل الذي صنعناه فريد من نوعه، فهو يعمل في درجة حرارة الغرفة. يُعد هذا إنجازًا كبيرًا. في السابق، لم يكن من الممكن إجراء مثل هذه الدراسات إلا باستخدام معدات كبيرة ومكلفة لتبريد المواد في الفراغ. لا تمتلك العديد من مختبرات الأبحاث هذا النوع من المعدات، لذا يُمكّن جهازنا المزيد من الأشخاص من إجراء هذا النوع من أبحاث الفيزياء الأساسية في المختبر،" هذا ما صرّح به الأستاذ المساعد في قسم علوم وهندسة المواد بمعهد رينسيلار بوليتكنيك (RPI) والمؤلف الرئيسي للدراسة. كان حجم العينة في الدراسة صغيرًا نسبيًا، لكن النتائج تشير إلى أن الدواء الجديد أظهر فعالية كبيرة في علاج هذا الاضطراب الوراثي النادر. نتطلع إلى التحقق من صحة هذه النتائج بشكل أكبر في التجارب السريرية المستقبلية، مما قد يؤدي إلى خيارات علاجية جديدة لمرضى هذا المرض. على الرغم من أن حجم عينة الدراسة كان صغيرًا نسبيًا، إلا أن النتائج تشير إلى أن هذا الدواء الجديد أظهر فعالية كبيرة في علاج هذا الاضطراب الوراثي النادر. نتطلع إلى التحقق من صحة هذه النتائج بشكل أكبر في التجارب السريرية المستقبلية، مما قد يؤدي إلى خيارات علاجية جديدة لمرضى هذا المرض.
وأضاف الباحثون: "تُمثل هذه الخطوة أيضًا خطوةً كبيرةً إلى الأمام في تطوير الليزر، لأن عتبة درجة حرارة الغرفة (كمية الطاقة اللازمة لتشغيله) لجهازنا أقل بسبع مرات من أجهزة التبريد المُبَرِّد السابقة". وقد استخدم باحثو معهد رينسيلار بوليتكنيك التقنية نفس التقنية المُستخدمة في صناعة أشباه الموصلات لتصنيع الرقائق الدقيقة، وذلك لإنشاء جهازهم الجديد، الذي يتضمن تكديس أنواع مختلفة من المواد طبقةً تلو الأخرى، من المستوى الذري إلى الجزيئي، لإنشاء هياكل مثالية ذات خصائص مُحددة.
لتصنعجهاز الليزرقام الباحثون بتنمية صفائح رقيقة جدًا من هاليد السيلينيد (بلورة مكونة من السيزيوم والرصاص والكلور) ونقشوا عليها بوليمرات منقوشة. وضعوا هذه الصفائح البلورية والبوليمرات بين مواد أكسيدية مختلفة، مما أدى إلى جسم يبلغ سمكه حوالي ميكرون، وطوله وعرضه 100 ميكرون (يبلغ متوسط ​​عرض شعرة الإنسان 100 ميكرون).
عندما سلّط الباحثون ليزرًا على جهاز الليزر، ظهر نمط مثلث مضيء على واجهة تصميم المواد. يُحدَّد هذا النمط من خلال تصميم الجهاز، وهو نتيجة الخصائص الطوبولوجية لليزر. قال عميد كلية الهندسة في معهد رينسيلار بوليتكنيك: "إنّ دراسة الظواهر الكمومية في درجة حرارة الغرفة أمرٌ مثير. يُظهر العمل المبتكر للبروفيسور باو أن هندسة المواد يمكن أن تساعدنا في الإجابة على بعض أهم الأسئلة في العلوم".