پژوهشگران دانشگاه هاروارد توانستند ماده جدیدی پدید آورند که باعث می‌شود نور به روش‌های کاملا تازه و پیچیده‌ای عمل کند. این یافته‌ی تازه، علاوه بر کمک به آنان در شناخت بیشتر نور، می‌تواند کاربردهای عملی نیز داشته باشد.
دانشمندان دانشگاه Harvard ماده‌ای ساخته‌اند که «گونهی کاملا جدیدی از نور» را پدید می‌آورد.
✍️برگردان به فارسی: سارا شکرالهی
نور با اینکه همه جا هست و زندگی همه به آن بستگی دارد، بی‌اندازه شگفت‌انگیز است- و ممکن است ما هرگز فرصتی برای یادگیری بیشتر درباره‌ی آن را پیدا نکنیم.
ابزاری که برای ساخت این نور نوین استفاده می شود از polarisation یا دو قطبی کردن برای ساخت سازه‌هایی چون گرداب‌ها و مارپیچ ها بهره می‌گیرد که هم به بررسی ویژگی‌های نور کمک می‌کند، و هم توان نهفته‌ای برای کارهای کاربردی مانند «تصویربرداری با نیروی بالا» را نیز دارد.
کنکاش‌‌ها درباره‌ی نور هنوز در حال انجام است. همین تازگی‌ها در سال ۲۰۱۵ بود که دانشمندان نخستین عکس تاریخی از نور را گرفتند که نور در آن هم به شکل ذره و هم به شکل موج رفتار می کرد. و تنها ۲۵ سال ( از سال ۱۹۹۲) از هنگام درک اینکه نور دارای orbital angular momentum یا حرکت زاویه ای مداری است گذشته است.
حرکت زاویه‌ای بیشتر به شکل نوک موج وابسته است تا جهت موج. این ابزار تازه -که یک گونه metasurface است- این ویژگی را به کار می‌برد، و همچنین گونهی دوم از حرکت زاویه‌ای به نام spin angular momentum یا حرکت چرخش زاویه‌ای (یا پلاریزاسیون دایره‌ای) را نیز به کار می‌گیرد.
Leah Burrows
از دانشگاه هاروارد می‌نویسد: برای درک «حرکت زاویه‌ای مداری» و «قطبی‌شدن دایره‌ای» به چرخش یک سیاره فکر کنید. «قطبی‌شدن دایره‌ای» جهتی است که یک سیاره به دور محور خود در آن می‌چرخد، و «حرکت زاویه‌ای مداری» مانند چگونگی چرخش سیاره به دور خورشید است.
پیشتر ثابت شده است که یک پرتو نور به تنهایی می‌تواند هر دو گونهی حرکت زاویه‌ای را داشته باشد و همچنین ثابت شده که با اتصال آنها و با استفاده از قطبی‌شدن برای کنترل OAM می‌تواند به ساخت پرتوهایی با شکل‌های جدید و پیچیده مانند موج پیچ خورده که در بالا به آن اشاره شد بینجامد.
به گفته پژوهشگران، تا کنون تنگناهای چشمگیری در این مورد وجود داشت. تنها قطبیت‌های ویژه‌ای می‌توانستند به OAM های ویژه‌ای وصل شوند.
و اینجاست که ابزار جدید وارد می‌شود - این ابزار می‌تواند هر قطبیتی را به هر OAM تبدیل کند، که به این معنی است که می‌تواند مارپیچ‌ها، موجهای پیچ خورده، و گردابی با اندازه‌های گوناگون را بسازد.
به گفته‌ی Antonio Ambrosio، دانشمند اصلی در مرکز سامانه‌های نانو هاروارد: این کاملا یک جزء جدید نوری است. گروهی از این دستگاهها تکراری ویا کارآمدتر بوده و یا نسخه فشرده‌تر دستگاههای نوری کنونی هستند، ولی این «تبدیل اختیاری چرخش_به_مدار» در هیچ دستگاه نوری دیگری امکان‌پذیر نیست. همچنین در طبیعت نیز چیزی وجود ندارد که بتواند این حالت‌های نور را پدید آورد.
حرکت زاویه‌ای مداری هم‌اکنون نیز چندین کاربرد پیشنهادی دارد. کاربردهایی همانند انتقال داده با سرعت بالا، و ارتباط‌های رمزگذاری‌شده. حتی پژوهشگران راهی یافته‌اند که میتوان OAM تک‌فوتون ها را با درهم‌تنیدگی جابجا کرد.
کاربردهای پیشنهادی دیگر نیز در سیستم‌های عکسبرداری، و تغییر چیدمان ماده‌ها در سطح میکروسکوپی است.
اینجاست که دستگاه هاروارد می‌تواند خود را در عمل ثابت کند. میتوان سطحِ متا را در ساخت قیچی‌های نوری به کار برد، و با این قیچی‌ها مواد را، حتی در اندازه‌های اتمی و مولکولی، دستکاری کرد. با تغییر قطبیت، میتوان جهت نیروی وارده را تغییر داد.
به گفته پژوهشگران، این دستگاه را میتوان در عکسبرداری با توان بالا نیز به کار برد، چرا که سوراخ سیاهی که در مرکز گردابه است می‌تواند از چیزهایی که کوچکتر از «حد شکست نور» هستند نیز عکس بگیرد.
بنا به گفته‌ی Noah Rubin پژوهشگر_همکار_اول این پروژه:
«این پرتوها در رشته‌های کوانتومِ نور و کوانتومِ داده مورد توجه قرار گرفته‌اند.
کاربردهای دیگر این پرتوها می‌تواند در «ارتباط‌های نوری فضای آزاد» باشد. به‌ویژه در محیط‌هایی که پراکندگی نوری بالایی دارند و ارتباط در آنها دشوار است.
همچنین، به تازگی نشان داده شده که میتوان دستگاههای اینچنینی را در لیزرها به کار برد، تا بتوان این حالت نوین از نور را مستقیم در آنجا تولید کرد. کاربردهای پیش‌بینی نشده‌ای بسیاری از این راه به دست خواهد آمد.»
دانشگاه هاروارد حقوق استفاده از این نوآوری و یافته‌های پروژه را به نام خود ثبت کرده و به دنبال تجاری‌سازی آن است. هر چند خودِ پژوهش در مجله Science چاپ شده است.
لینک منبع خبر:
Harvard Scientists Made a Material That Creates Completely New States of Light