← أحدث الأبحاث
🔬 الفيزياء

Magnet-free reconfigurable alterspin photonics at optical frequencies

تستعرض هذه الورقة أول نظام فوتوني من نوع "ألترسبن" (alterspin) قابل لإعادة التشكيل وخالٍ من المغناطيس في نطاق الضوء المرئي إلى الأشعة تحت الحمراء القريبة، وذلك عبر استخدام بلورة فوتونية عازلة تماماً مع قطرة سائلة للتحكم ديناميكياً في نسيج "ألترسبن" دون الحاجة إلى انحياز مغناطيسي.

المؤلفون الأصليون: Cheng-Wei Qiu, Zhe Wang, Shuihua Yang, Jianfeng Chen, Mengqi Liu, Kaixuan Li, Mingjun Chen, Yue Wen, Li Zhang, Xuezhi Ma

نُشر 2026-10-21
📖 4 دقيقة قراءة☕ قراءة في استراحة قهوة
CC BY 4.0

المؤلفون الأصليون: Cheng-Wei Qiu, Zhe Wang, Shuihua Yang, Jianfeng Chen, Mengqi Liu, Kaixuan Li, Mingjun Chen, Yue Wen, Li Zhang, Xuezhi Ma

البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). ✨ هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي للبحث أدناه. لم يكتبه المؤلفون ولم يصادقوا عليه. وللتحقق من الدقة التقنية، يرجى الرجوع إلى البحث الأصلي. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل

يحمل الضوء أكثر من مجرد السطوع؛ فهو يحمل التواءً خفيًا، وهي خاصية تُعرف باللف المغزلي (spin). تمامًا كما يمكن للعبة "البلبل" (spinning top) أن تدور في اتجاه عقارب الساعة أو عكس اتجاه عقارب الساعة، يمكن لموجات الضوء أن تلتوي في اتجاهين متعاكسين، مما يخلق ما يسميه العلماء الاستقطاب الدائري اليميني أو اليساري. لعقود من الزمن، سعى الباحثون لإيجاد طرق للتحكم في هذا الالتواء، لا سيما لإنشاء أنماط حيث ينقلب اتجاه اللف ذهابًا وإيابًا في تسلسل منتظم ومتبادل. هذا الترتيب المحدد، المعروف باسم نسيج "ألتر سبين" (alterspin texture)، هو ظاهرة مستعارة من عالم المغناطيسية، حيث تصطف المغانط الصغيرة في أنماط متبادلة. في العالم المغناطيسي، يتطلب إنشاء مثل هذه الأنماط عادةً مغناطيسات قوية أو مجالات مغناطيسية. ومع ذلك، عندما يحاول العلماء نقل هذا المفهوم إلى سرعة الضوء، حيث الترددات عالية للغاية، تتوقف الأدوات المغناطيسية المعتادة عن العمل. فالمواد المغناطيسية التي تستجيب لهذه المجالات تصبح غير فعالة، والمغانط الصغيرة اللازمة لتوجيه النظام ببساطة غير موجودة في مقياس موجات الضوء. وقد ترك هذا فجوة في قدرتنا على إنشاء هذه الأنماط المتبادلة للّف باستخدام الضوء، خاصة في الطيف المرئي حيث نرى العالم من حولنا.

لقد تمكن فريق من الباحثين في جامعة سنغافورة الوطنية الآن من ملء هذه الفجوة عبر إنشاء نظام يولد هذه الأنماط المتبادلة للّف دون استخدام أي مغناطيسات على الإطلاق. فبدلاً من الاعتماد على القوى المغناطيسية، قاموا ببناء ورقة رقيقة معلقة من نتريد السيليكون، وهي مادة شفافة تُستخدم غالبًا في الإلكترونيات، ونحتوا فيها شبكة دقيقة من الثقوب المربعة. تعمل هذه الشبكة كبلورة فوتونية، وهي هيكل يوجه الضوء بطرق محددة. ويكمن مفتاح اكتشافهم في كيفية معالجة جانبي هذه الورقة؛ فمن خلال وضع قطرة واحدة من الماء على أحد جانبي الصفيحة مع ترك الجانب الآخر معرضًا للهواء، خلقوا عدم توازن. هذا الاختلاف البسيط في البيئة فوق وتحت الصفيحة كسر تناظرًا معينًا يحافظ عادةً على حيادية لف الضوء. ونتي نتيجة لذلك، نظم الضوء المار عبر الشبكة نفسه في نمط متميز حيث ينقلب اتجاه اللف أربع مرات أثناء تحركه في دائرة، مما خلق النسيج المتبادل المطلوب.

أوضح الباحثون أن هذا النمط ليس مجرد سمة ثابتة للمادة، بل هو شيء يمكنهم التحكم فيه وإعادة كتابته بنشاط. فمن خلال نقل قطرة الماء من جانب إلى آخر في الصفيحة، استطاعوا عكس اتجاه نمط اللف فورًا. فإذا كانت المياه في الأعلى، يلتوي الضوء في تسلسل واحد؛ وعندما يتم نقل القطرة إلى الأسفل، ينقلب النمط بأكره إلى التسلسل المعاكس. كما استطاعوا مسح النمط تمامًا عن طريق إزالة الماء، والعودة بالنظام إلى حالة لا يوجد فيها لف متبادل. هذا المستوى من التحكم يعد أمرًا هامًا لأن المحاولات السابقة لإنشاء تأثيرات مماثلة اعتمدت على مواد أو هياكل ثابتة لا يمكن تغييرها بمجرد بنائها. في هذا النظام الجديد، يتم تحديد النمط من خلال البيئة، مما يسمح بكتابته، ومسحه، وعكسه ببساًطة عن طريق التلاعب بقطرة سائلة.

ولضمان أنهم يلاحظون هذه الظاهرة حقًا وليس مجرد أثر ناتج عن إعداداتهم، قام الفريق بقياس الضوء عبر مجموعة من الأطوال الموجية من 740 إلى 800 نانومتر، وهو ما يغطي الجزء الأحمر العميق من الطيف المرئي والأشعة تحت الحمراء القريبة. ووجدوا أن نمط التبادل رباعي الفترات ظل ثابتًا عبر هذا النطاق بأكمله. كما طوروا طريقة لقياس قوة هذا النمط، مؤكدين أن التأثير كان قويًا وقابلًا للتكرار. وقد استبعدت الدراسة صراحةً فكرة أن يكون النمط ناتجًا عن الشكل الفيزيائي للثقوب أو عيوب عرضية في التصنيع، مبينةً بدلاً من ذلك أن التأثير مدفوع بالكامل بالاختلاف في المواد الموجودة على جانبي الورقة. ومن خلال إثبات أن نظامًا "عازلًا كليًا" (all-dielectric) وخاليًا من المغناطيس يمكنه توليد والتحكم في هذه الأنسجة اللفية المعقدة، فتح الباحثون مسارًا جديدًا لتطوير أجهزة بصرية يمكنها التحكم في الضوء بطرق كان يُعتقد سابقًا أنها تتطلب مجالات مغناطيسية. ويشير هذا العمل إلى أن التقنيات المستقبلية لمعالجة المعلومات باستخدام الضوء يمكن أن تُبنى باستخدام هياكل بسيطة وقابلة لإعادة التشكيل، بدلاً من المكونات المغناطيسية المعقدة والثابتة.

غارق في أبحاث مجالك؟

تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.

جرّب Digest →

أبحاث مشابهة

عرض الكل في هذا التصنيف 🔬 physics →