Sukurta puslaidininkinė medžiaga, laužianti šviesą į priešingą pusę (0)
Prinstono universiteto (JAV) mokslininkų vadovaujama tyrėjų grupė sukūrė puslaidininkinę medžiagą, pasižyminčia tuo, jog šviesa joje lūžta į priešingą pusę nei įprastinėse gamtoje sutinkamose medžiagose. Ši stulbinanti savybė gali gerokai pagerinti medicininės diagnostikos ar greitų ryšio tinklų įrangos veikimą.
Prisijunk prie technologijos.lt komandos!
Laisvas grafikas, uždarbis, daug įdomių veiklų. Patirtis nebūtina, reikia tik entuziazmo.
Sudomino? Užpildyk šią anketą!
Sukurtoji medžiaga priskiriama palyginti naujų medžiagų klasei, vadinamosioms metamedžiagoms, kurias sudaro įprastiniai metalai arba puslaidininkiai, išdėstyti smulkia kintančia struktūra. Toks išdėstymas keičia bendrąsias metamedžiagos savybes ir leidžia valdyti šviesą neįprastais metodais. Metamedžiagų pavadinimas gimė kaip priemonė tokias medžiagas atskirti nuo jau įprastinių kompozicinių medžiagų, pabrėžiant, jog jose sutinkamos savybės nėra pastebimos gamtinės kilmės medžiagose.
Iki tol sukurtos metamedžiagos buvo ne kas kita kaip dvimatės metalų sluoksnių konfigūracijos, o tai ribojo jų panaudojimo galimybes. Prinstono universiteto mokslininkams pavyko sukurti pirmąją trimatę metamedžiagą tik iš puslaidininkių – svarbiausios mikroprocesorių lustų ir optoelektronikoje naudojamos medžiagos.
„Metamedžiagos turi būti trimatės, jeigu tikimės jas panaudoti gaminant įvarius prietaisus, – pasakoja viena iš straipsnio bendraautorių, Prinstono universiteto elektrotechnikos profesorė Klerė Gmakl (Claire Gmachl). – Be to, šią metamedžiagą sudaro nepaprastai praktiškos medžiagos – puslaidininkiai. Būtent jie pasižymi didžiausiu praktiniu pritaikomumu“.
Tyrėjų komanda, kuriai vadovauja Prinstono universiteto inžinerijos doktorantas Antonis Hofmanas (Anthony Hoffman), straipsnį apie naująją metamedžiagą paskelbė spalio 14 d. žurnalo „Nature Materials“ numeryje. Mokslininkams taip pat talkino kolegos iš Oregono valstybinio, Purdju bei Masačusetso Lovelio universitetų.
Šviesa, kaip ir kitos elektromagnetinės bangos, pereidamos iš vienos terpės į kitą, lūžta. Lūžimo arba refrakcijos reiškinys gali būti stebimas, kai šiaudelis, įmerktas į vandens stiklinę, atrodo tarsi užlenktas ar net sulaužytas. Lygiai tokiu pačiu principu veikia fotoaparatai arba paprasčiausi akiniai.
Visos medžiagos turi tam tikrą lūžio rodiklį, kuris nusako šviesos lūžimo kampą ir kryptį, kai ši pereina iš vienos medžiagos į kitą. Gamtoje sutinkamos medžiagos pasižymi teigiamais lūžio rodikliais, tačiau Prinstono universiteto tyrėjų sukurtos medžiagos lūžio rodiklis – neigiamas.
Jei pažvelgtume į šiaudelį vandens stiklinėje, šiuo atveju paprastas vanduo iškreipia povandeninės šiaudelio dalies vaizdą, ir mums atrodo, kad jis palinkęs į paviršių. Jeigu vanduo gebėtų laužti šviesos spindulius neigiamai, tuomet povandeninė šiaudelio dalis būtų palinkusi į priešingą pusę negu paviršius. Būtent taip ir veikia naujoji metamedžiaga.
Kur kas svarbiau už gražią optinę apgaulę yra naudingos neigiamo lūžio rodiklio pritaikymo sritys. Viena iš jų – tobulesnių lęšių sukūrimas. Įprastinių medžiagų teigiami lūžio rodikliai sąlygoja glaudžiamųjų arba sklaidomųjų lęšių naudojimą, kurie dėl savo struktūros iškraipo dalį per juos praeinančios šviesos. Plokšti neigiamo lūžio rodiklio lęšiai galėtų išlyginti tokius iškraipymus, o tai leistų pagaminti kur kas galingesnius mikroskopus, kuriais netgi būtų įmanoma įžvelgti tokius smulkius objektus kaip DNR molekulės.
Be to, naujoji metamedžiaga pasižymi ir viduriniosios infraraudonosios spinduliuotės neigiamu lūžio rodikliu. Tai svarbu, nes tokia spinduliuotė plačiai taikoma tiek jutikliuose, tiek įvairiose ryšio priemonėse. Palyginus su iki šiol išbandytais kitais metamedžiagų variantais, šios metamedžiagos specifinė struktūra lemia kur kas mažesnį prarandamos šviesos kiekį. Ją sudarantys puslaidininkiai yra užauginami iš kristalų įprastiniais gamybiniais metodais. Tai didina jų patikimumą bei iškart sumažina galimas masinės gamybos išlaidas.
„Šiuolaikinis infraraudonųjų spindulių lęšis yra didokas prietaisas, o jo valdymas nepatogus, – teigia A. Hofmanas. – Su šia naująja metamedžiaga būtų įmanoma išplėtoti kur kas kompaktiškesnę viduriniosios infraraudonųjų spindulių srities optiką“.
Šis mokslinis tyrinėjimas yra tik daugiauniversitetinio MIRTHE tyrimų centro projekto dalis. Mokslininkai čia dar kuria kompaktiškus jutiklius, galinčius aptikti atmosferoje ar žmogaus iškvepiamame ore esančių dujų pėdsakus. Tikimasi, jog tokie jutikliai kada nors bus panaudoti prietaisuose, kurie tikrintų oro kokybę bei sumažintų galimą dujų atakos pavojų. Taip pat jie būtų naudingi atliekant cukraligės ir plaučių ligų tyrimus.
Toliau mokslininkų komanda naująją metamedžiagą ketina pritaikyti lazeriuose bei sieks dar labiau patobulinti jos struktūrą, kad būtų įmanoma dirbti kuo platesniame šviesos bangų ilgio diapazone.
Plačiau: