ارائه راهکاری تازه برای مهندسی نوری نانوساختارها
یک طرح پژوهشی نانویی در دانشگاه مازندران با هدف مدلسازی پاسخ فوتوحرارتی غیرخطی در نانوساختارهای سریع، راه جدیدی برای کنترل و تنظیم رفتار اپتیکی مواد فراهم کرده است؛ طرحی که از مواد هوشمند تغییر فاز و تحریکپذیری آنها با نور لیزر برای دستیابی به ابزارهای فوتونیکی فعال و کوکپذیر بهره میگیرد.
به گزارش سیناپرس، طرح پژوهشی «مدلسازی پاسخ فوتوحرارتی غیرخطی در نانوساختارهای سریع شامل مواد هوشمند انتقال فاز برای کارکردهای فوتونیکی کوکپذیر» که در حوزه فناوری نانو انجام شده، از سوی دکتر آرزو رشیدی، عضو هیئتعلمی دانشگاه مازندران به اجرا درآمده است. نانویی بودن این طرح از آن جهت اهمیت دارد که رفتار اپتیکی مواد در ابعاد نانو بهطور چشمگیری با ساختارهای میکرومتری یا تودهای متفاوت است و همین تفاوت، امکان کنترل دقیقتر، سرعت پاسخدهی بالاتر و طراحی ابزارهای فوتونیکی فعال را فراهم میکند.
رشیدی که دارای دکتری فیزیک اتمی ـ مولکولی با گرایش لیزر از دانشگاه تبریز است، در توضیح ضرورت انجام این پژوهش گفت: یکی از چالشهای اساسی در حوزه فوتونیک، کنترل پاسخ نوری ساختارهایی است که برای کاربردهای خاص طراحی میشوند.
وی بیان کرد:, برای تحقق چنین کنترلپذیریای یافتن موادی با قابلیت تغییر یا کوکپذیری ضروری است و در این میان، مواد هوشمند تغییر فاز از بهترین گزینهها بهشمار میآیند؛ زیرا چند حالت ساختاری برگشتپذیر دارند و میتوان آنها را به کمک محرکهایی مانند نور، حرارت یا فشار میان این حالتها جابهجا کرد.
به گفته وی، از مشهورترین نمونههای مواد تغییر فاز، آلیاژهای کالکوژنید هستند که در دمای حدود ۴۱۰ کلوین دچار گذار از فاز آمورف به بلوری میشوند. این تغییر ساختار، خصوصیات اپتیکی ماده را بهطور اساسی دگرگون میکند.
رشیدی افزود: تلاشهای گذشته در این حوزه عمدتاً بر تغییر پارامترهای فیزیکی مانند ضخامت یا نوع ماده متمرکز بوده، اما این تغییرات نیازمند ساخت نمونه جدید هستند و قابلیت کوکپذیری در لحظه را فراهم نمیکنند. از این رو، روشهای سنتی بیشتر جنبه بهینهسازی تئوریک دارند و در عمل، امکان کنترل لحظهای رفتار نوری ساختار را به کاربر نمیدهند.
رشیدی در ادامه بیان کرد: در این پژوهش تلاش شده است تا از مواد فعال یعنی مواد دارای خواص کنترلپذیر استفاده شود؛ موادی که میتوانند با تحریک بیرونی، پاسخ نوری خود را تغییر دهند.
وی توضیح داد: دانستن نحوه پاسخدهی این مواد به نور تابشی، درک عمیقتری از کاربردهای احتمالی آنها در حسگرهای نوری، جاذبها و فوتوآشکارسازهای فعال ارائه میدهد.
در این طرح، ماده فعال همان ماده تغییر فاز است که تحت تابش لیزر، پیکربندی آن دستخوش تغییر میشود و همین تغییر امکان تنظیم رفتار اپتیکی را در مقیاس نانوساختار فراهم میسازد.
پژوهشگر پروژه گفت: هدف اصلی ما بررسی پاسخ نوری این مواد در نانوساختارهای حاوی آنها و نیز کنترل این پاسخ از طریق عامل خارجی یعنی شدت نور لیزر بوده است.
وی تأکید کرد: نور لیزر با شدت بالا قادر است برانگیختگی غیرخطی مرتبه سوم را بهویژه در موادی با ضرایب غیرخطی بزرگ فعال کند و این فرایند خود باعث تغییر در خواص نوری ماده میشود. به این ترتیب، ترکیب دو مکانیسم مهم مسیر جدیدی برای طراحی ابزارهای فوتونیکی پیشرفته ایجاد میکند.
رشیدی در پایان گفت: هدف این است که با استفاده از شدت نور لیزر، هم از قابلیت تغییر فاز برای تنظیم دینامیکی رفتار اپتیکی ساختار بهره گرفته شود و هم اثرات غیرخطی برای هدایت دقیقتر پاسخ نوری فعال شوند. این رویکرد میتواند راه را برای ساخت نسل جدیدی از ابزارهای فوتونیکی هوشمند، پرسرعت و کاملاً قابل کنترل هموار کند.
