مادة خارقة جديدة يمكن أن تصنع زجاجًا حقيقيًا أحادي الاتجاه - عالم الفيزياء

يمكن لمادة بصرية جديدة مقترحة أن تتصرف مثل الزجاج الحقيقي أحادي الاتجاه، وذلك بفضل تأثير Tellegen، الذي يربط استجابة المادة لموجات الضوء بمغنطتها واستقطابها. وبموجب التصميم الذي طرحه الباحثون في فنلندا والولايات المتحدة والسويد واليونان، سيتم تشكيل المادة الخارقة الجديدة من أسطوانات نانوية موجهة بشكل عشوائي تتكون من مغناطيسات حديدية وعازل كهربائي عالي السماحية يعمل بالرنين الصحيح. وعلى عكس المقترحات السابقة، فإن المادة الخارقة لن تتطلب مجالات مغناطيسية خارجية للعمل، ويقول مطوروها إنها يمكن أن تجعل الخلايا الشمسية أكثر كفاءة.

يُعرف تأثير Tellegen أيضًا باسم التأثير الكهرومغناطيسي غير المتبادل (NME)، ويحدث عندما يقوم مكون المجال الكهربائي للضوء (الموجة الكهرومغناطيسية) بمغنطة مادة ما في نفس الوقت الذي يقوم فيه مكون المجال المغناطيسي باستقطابها. يُظهر هذا التأثير الكثير من الأمل بالنسبة للتقنيات المتقدمة مثل العوازل الضوئية الخالية من المغناطيس، وكذلك للأبحاث الأساسية - على سبيل المثال في الديناميكا الكهربائية للمادة النسبية والجسيمات النظرية التي تسمى الأكسيونات.

تعزيز التأثير من خلال المواد الفوقية

بالنسبة للضوء في الجزء المرئي من الطيف الكهرومغناطيسي، فإن NME في المواد الطبيعية لا يكاد يذكر لأن تأثير المغنطة ضعيف، كما يوضح شادي صفائي جازي، طالب دكتوراه في فنلندا جامعة آلتو الذي قاد البحث. معظم الأساليب المقترحة التي تتضمن مثل هذه المواد تعمل فقط مع الموجات الدقيقة، وهذا هو السبب جزئيًا في عدم استغلال تأثير تيليجن في التطبيقات الصناعية الواقعية حتى الآن.

ومع ذلك، يمكن تعزيز عنصر المغنطة في NME في المواد الخارقة والأسطح الخارقة. تم تصميم هذه المواد المهندسة صناعيًا بطرق تمنحها خصائص مثل معامل الانكسار السلبي الذي يعد نادرًا أو غير موجود في المواد الطبيعية.

في العمل الجديد ، والذي تم تفصيله في طبيعة الاتصالاتيصف صفائي جازي وزملاؤه مادة خارقة ثلاثية الأبعاد تُظهر تأثير تيليجين قويًا في نطاق التردد المرئي. سيتم تشكيل هذه المادة الخارقة من أسطوانات نانوية تحتوي على مكونين: قرص نانوي مغناطيسي حديدي في حالة مغناطيسية أحادية المجال، وقرص نانوي عازل كهربائي عالي السماحية يدعم ما يسمى بالرنين المغناطيسي من نوع Mie (رنين هيكلي على مستوى الأسطوانة النانوية). ).

المغنطة التلقائية والتأثير الكهرومغناطيسي

يقترح الباحثون أن هذه المادة الخارقة ثلاثية الأبعاد يمكن تصنيعها عن طريق التوزيع العشوائي للأسطوانات النانوية داخل وسط مضيف مثل الماء أو البوليمر. ستعرض الأقراص النانوية المغناطيسية المغناطيسية التلقائية والتأثير الكهرومغناطيسي (ME) دون الحاجة إلى مجال مغناطيسي خارجي. ويضيف الفريق أن استخدام المواد التقليدية مثل الكوبالت والسيليكون لتكوين الهيكل من شأنه أن يزيد الـ ME بمقدار ضعفين مقارنة بالمواد الطبيعية المعروفة الأخرى في درجة حرارة الغرفة.

أظهر الفريق أيضًا أن استخدام المواد الناشئة، مثل أشباه معادن ويل المغناطيسية في المادة الخارقة، من شأنه أن يعزز الـ ME بشكل أكبر، بما يقرب من أربعة أوامر من حيث الحجم. إن أشباه معادن فايل هي فئة تم اكتشافها مؤخرًا من المواد الطوبولوجية التي تتصرف فيها الإلكترونات كجسيمات عديمة الكتلة بفضل نوع خاص من التناظر في بنيتها الإلكترونية.

الرؤية بوضوح في اتجاه واحد

يقول صفائي جازي إن أحد التطبيقات المحتملة لمثل هذه الغرويات الكهرومغناطيسية سيكون زجاجًا حقيقيًا أحادي الاتجاه. وتشرح قائلة: "لا ينبغي الخلط بين مثل هذا الزجاج والزجاج التجاري شبه الشفاف المتبادل، الذي يسمح بمرور الضوء في كلا الاتجاهين". "فقط عندما يكون السطوع مختلفًا بين الجانبين (على سبيل المثال، داخل النافذة وخارجها)، يعمل الأخير مثل زجاج ذو اتجاه واحد."

وتستمر في القول إن الزجاج الحقيقي أحادي الاتجاه المعتمد على المواد الفوقية الكهرومغناطيسية المقترحة سوف يشتمل على عدة طبقات من الطلاءات الكهرومغناطيسية فوق سطح زجاجي تقليدي. "ستتطلب التكنولوجيا التقليدية لمثل هذا الزجاج وجود مغناطيسات كهربائية قوية وضخمة تحيط بالزجاج لإنشاء مغنطة وكسر انتقال الضوء المتبادل. ومن شأن هذه المغناطيسات الكهربائية أن تحجب الرؤية تمامًا وتجعل النظام معتمًا للضوء في كلا الاتجاهين.

فيكتور أسدشي، مهندس كهروضوئي في آلتو و جامعة ستانفورد يقول الذي أشرف على المشروع إن نظام الفريق سيُظهر، من حيث المبدأ، مغنطة عفوية قوية وانتقال ضوء في اتجاه واحد دون مجالات مغناطيسية خارجية. يقول أسادشي: "هذا يعني أن نافذة بهذا الزجاج في منزلك أو مكتبك أو سيارتك ستسمح لك بالاستمتاع بمنظر مثالي، بغض النظر عن السطوع الخارجي، ولن يتمكن الناس من رؤية أي شيء بالداخل".

ويقول صفائي جازي إن الزجاج أحادي الاتجاه المقترح يمكن أن يجعل الخلايا الشمسية أكثر كفاءة عالم الفيزياء. وذلك لأنه سيمنع الانبعاثات الحرارية التي تشعها الخلايا اليوم نحو الشمس، مما يقلل من كمية الطاقة التي يمكن للخلايا التقاطها.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. تمكين نفسك. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• أفلاطون كربون، كلينتك ، الطاقة، بيئة، شمسي، إدارة المخلفات. الوصول هنا.
• أفلاطون هيلث. التكنولوجيا الحيوية وذكاء التجارب السريرية. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/new-metamaterial-could-make-true-one-way-glass/