ترجمة: ندى محمد علاوي
تصميم بوستر: بهاء محمد
الخُلاصة: يتم تعريف موجات الضوء من خلال ثلاث خصائص أساسية: لونها (طولها الموجي)، الأستقطاب، والأتجاه. بالرغم من أن التصفية الأنتقائية للضوء حسب اللون والأستقطاب أصبحت ممكنة منذ فترة طويلة. إلا إن الإنتقائية حسب إتجاه الإنتشار ظل أمراً بعيد المنال. لكن الآن، وللمرة الأولى، أنتج الباحثون من معهد ماساتشوستس للتكنلوجيا (MIT) نظام يسمح للضوء بأي لون من المرور فقط إذا كان قادماً بزاوية واحدة محددة. وتعكس هذه التقنية كل الضوء القادم من إتجاهات أخرى.
هذا النهج الجديد يقود في نهاية المطاف الى تقدم في صناعة الخلايا الكهروضوئية الشمسية، الكشف عن التلسكوبات والمجاهر، أو تطوير مرشحات ذات خصوصية لشاشات العرض.
وُصِف البحث في دراسة نشرت هذا الأسبوع في مجلة Journal Science كتبه طالب الدراسات العليا في معهد ماساتشوستس للتكنلوجيا ياشين شين، أستاذ الفيزياء مارين سولجاسك، وأربعة أخرون. “نحن متحمسون لهذا” يقول سولجاسك ، “لأنه اللبنة أساسية جداً في قدرتنا على التحكم بالضوء”
يتكون الهيكل الجديد من رزمة ذات سمك متناهي الدقة من أثنين من المواد المتناوبة، حيث يتم التحكم بسمك كل طبقة بشكل دقيق. “عندما يكون لديك مادتين، ستتكون لديك بعض الإنعكاسات في المنطقة البينية الفاصلة بينهما” يوضح سولجاسك، ولكن في هذه الأنعكاسات “هنالك تلك الزاوية السحرية، تسمى زاوية بروستر Brewster angle, وعندما تأتي حزمة الضوء بهذه الزاوية وبالأستقطاب المناسب، لن يحدث لها إنعكاساً على الإطلاق.”
بالرغم من أن كمية الضوء المنعكس في هذه المناطق البينية قليلاً، لكن من خلال الجمع بين العديد من الطبقات بنفس الخصائص فأن معظم الضوء سينعكس بعيداً- ماعدا ذلك القادم بالزاوية والأستقطاب الصحيحين.
بأستخدام رزمة من حوالي 80 طبقة متناوبة بسمك دقيق. يقول شين ” نحن قادرون على عكس الضوء بمعظم الزوايا، وعلى نطاق واسع من {الألوان}: المجال كلهُ للترددات المرئية.
أظهر العمل السابق سُبل عكس الضوء بشكل إنتقائي بأستثناء زاوية دقيقة واحدة. ولكن تلك المناهج كانت تقتصر على نطاق ضيق من ألوان الضوء. الإتساع في النظام الجديد يمكن أن يفتح العديد من التطبيقات الممكنة” يصرح أفراد الفريق.
يقول شين “يمكن أن يكون لهذا الإنجاز تطبيقات كبيرة في مجال الطاقة، وخاصة في الفلطائيات الضوئية الحرارية الشمسية Solar Thermophotovoltaics – تسخير الطاقة الشمسية من خلال تسخين المادة, والذي بدوره يشع ضوء بلون معين. يمكن تسخير الضوء المنبعث بعد ذلك بأستخدام خلايا ضوئية تُضبط لتحقيق الأستفادة القصوى من هذا اللون من الضوء. ولكن للعمل على هذا النهج، من الضروري الحد من الحرارة والضوء التي يتم فقدانهما خلال الإنعكاس وإعادة الإنبعاث وبالتالي القدرة على السيطرة الأنتقائية على هذه الإنعكاسات قد يُحسن الكفاءة.
النتائج قد تكون مفيدة أيضاً في النظم البصرية، مثل المجاهر والتلسكوبات، ومشاهدة الأجسام الباهتة الموجودة بقرب أجساماً أكثر إشراقاً. على سبيل المثال، كوكب باهت بجانب نجم ساطع. بأستخدام النظام الذي يستقبل الضوء فقط بزاوية معينة، مثل هذه الأجهزة قد تمتلك قدرة مطورة لكشف الأهداف الباهتة.
التصفية يمكن تطبيقها ايضاً على شاشات عرض الهواتف والحاسبات. لذا فقط أولئك الذين يشاهدون من الأمام مباشرة يمكنهم أن يشاهدوا ما معروض في الشاشة.
من حيث المبدأ، ببساطة يمكن جعل الأنتقائية الزاوية أضيق عن طريق إضافة المزيد من الطبقات إلى الرزمة. من خلال التجارب، حتى الآن كانت الزاوية الأنتقائية حوالي 10 درجات وسمح ل90 بالمائة من الضوء القادم بهذه الزاوية من المرور.
برغم من أن التجارب أجريت بأستخدام طبقات من مادتي الزجاج وأوكسيد التنتانيوم. يقول شين من حيث المبدأ يمكن إستخدام أي مادتين بمؤشرات إنكسار مختلفة.
يصف جون بندري، وهو أستاذ في جامعة أمبريال كولج في لندن والذي ليس له أي إرتباط بالبحث، يصفهُ “بالعمل العبقري”.
” على نطاق ماكروسكوبي هذا يعادل مراقبة العالم من خلال مجموعة من فتحات التهوية، التي تسمح للضوء أن يدخل من إتجاه واحد فقط” ويضيف بندري ” مع ذلك، الجهاز الجديد هو بمنتهى الدقة، ويعمل كما لو كان على مقياس طول الموجة”.
الفريق يضم أيضاً الباحث إيفان سيلنوفك من معهد ماساتشوستس للتكنلوجيا, الأستاذ المساعد في الرياضيات ستيفن جونسن، جون جونوبلاس أستاذ الفيزياء في فرانسيس رايت ديفيس, وديكسن يي من جامعة تشجيانغ في الصين. وجزء من البحث تم دعمه من قبل مكتب أبحاث الجيش من خلال معهد ماساتشوستس للتكنلوجيا، التكنولوجيا النانوية للجند، ووزارة الطاقة، من خلال مركز ابحاث الطاقة في معهد ماساتشوستس للتكنلوجيا S3TEC الحدودي.
رابط الموضوع: http://www.sciencedaily.com/releases/2014/03/140327142447.htm?utm_source=feedburner&utm_medium=feed&utm_campaign=Feed%3A+sciencedaily%2Ftop_news%2Ftop_science+%28ScienceDaily%3A+Top+Science+News%29&utm_content=FaceBook
