فراماده جدید می تواند شیشه یک طرفه واقعی را بسازد - Physics World

یک فراماده نوری جدید پیشنهادی می‌تواند مانند شیشه یک طرفه واقعی به لطف اثر تلگن رفتار کند، که واکنش یک ماده به امواج نور را با مغناطش و قطبش آن مرتبط می‌کند. بر اساس طرح ارائه شده توسط محققان در فنلاند، ایالات متحده، سوئد و یونان، فراماده جدید از نانوسیلندرهایی با جهت تصادفی متشکل از فرومغناطیس ها و یک دی الکتریک با گذردهی بالا تشکیل می شود که در رزونانس مناسب کار می کند. برخلاف پیشنهادات قبلی، این فراماده برای کار کردن به میدان های مغناطیسی خارجی نیاز ندارد و توسعه دهندگان آن می گویند که می تواند سلول های خورشیدی را نیز کارآمدتر کند.

اثر تلگن به عنوان اثر مغناطیسی الکتریکی غیر متقابل (NME) نیز شناخته می‌شود، و زمانی اتفاق می‌افتد که جزء میدان الکتریکی نور (یک موج الکترومغناطیسی) یک ماده را همزمان با قطبش کردن جزء میدان مغناطیسی آن، مغناطیسی کند. این اثر برای فناوری‌های پیشرفته مانند جداکننده‌های نوری بدون آهنربا، و همچنین برای تحقیقات بنیادی - به عنوان مثال در مورد الکترودینامیک ماده نسبیتی و ذرات نظری به نام آکسیون‌ها، نویدبخش است.

افزایش اثر از طریق فرامواد

برای نور در قسمت مرئی طیف الکترومغناطیسی، NME در مواد طبیعی ناچیز است زیرا اثر مغناطیسی ضعیف است. شادی صفایی جزی، دانشجوی دکترا در فنلاند دانشگاه آلتو که تحقیق را رهبری کرد. بیشتر رویکردهای پیشنهادی که شامل چنین موادی می‌شوند فقط برای امواج مایکروویو کار می‌کنند، و تا حدی به همین دلیل است که اثر تلگن هنوز در کاربردهای صنعتی واقع‌گرایانه مورد استفاده قرار نگرفته است.

با این حال، جزء مغناطیسی NME را می توان در فرامواد و فراسطح افزایش داد. این مواد مهندسی شده مصنوعی به گونه‌ای ساخته شده‌اند که به آنها خواصی مانند ضریب شکست منفی می‌دهد که در مواد طبیعی نادر است یا وجود ندارد.

در کار جدید که به تفصیل در طبیعت ارتباطات، صفایی جزی و همکارانش یک فراماده سه بعدی را توصیف می کنند که یک اثر تلژن قوی را در محدوده فرکانس مرئی نشان می دهد. این فراماده از نانو سیلندرهای حاوی دو جزء تشکیل می‌شود: یک نانودیسک فرومغناطیسی در حالت مغناطیسی تک دامنه، و یک نانودیسک دی الکتریک با گذردهی بالا که از رزونانس مغناطیسی نوع Mie (رزونانس ساختاری در سطح نانوسیلندر) پشتیبانی می‌کند. ).

مغناطش خود به خود و اثر مغناطیس الکتریک

محققان پیشنهاد می‌کنند که این فراماده سه بعدی را می‌توان با توزیع تصادفی نانوسیلندرها در یک محیط میزبان مانند آب یا پلیمر ساخت. نانو دیسک‌های فرومغناطیسی بدون نیاز به میدان مغناطیسی خارجی، مغناطش خود به خود و اثر مغناطیسی الکتریک (ME) را نشان می‌دهند. این تیم اضافه می کند که استفاده از مواد معمولی مانند کبالت و سیلیکون برای ساختن ساختار، ME را در مقایسه با سایر مواد طبیعی شناخته شده در دمای اتاق دو مرتبه افزایش می دهد.

این تیم همچنین نشان داد که استفاده از مواد نوظهور مانند نیمه فلزات ویل مغناطیسی در فراماده، ME را حتی بیشتر، تقریباً چهار مرتبه قدر افزایش می‌دهد. نیمه فلزات ویل دسته‌ای از مواد توپولوژیکی هستند که اخیراً کشف شده‌اند که در آن الکترون‌ها به لطف نوع خاصی از تقارن در ساختار الکترونیکی خود مانند ذرات بدون جرم رفتار می‌کنند.

دیدن واضح در یک جهت

صفایی جزی می گوید که یکی از کاربردهای بالقوه برای چنین کلوئیدهای مغناطیسی، شیشه یک طرفه واقعی است. او توضیح می دهد: "چنین شیشه ای را نباید با شیشه های متقابل نیمه شفاف تجاری که نور را از هر دو جهت عبور می دهد، اشتباه گرفت." تنها زمانی که روشنایی بین دو طرف متفاوت باشد (مثلاً در داخل و خارج از پنجره)، دومی مانند یک شیشه یک طرفه عمل می کند.

او ادامه می دهد که یک شیشه یک طرفه واقعی بر اساس فرامواد مغناطیسی پیشنهادی می تواند چندین لایه از پوشش های مغناطیسی الکتریکی را در بالای یک سطح شیشه ای معمولی ترکیب کند. فن‌آوری متعارف برای چنین شیشه‌ای به آهن‌رباهای الکتریکی قوی و حجیمی نیاز دارد که شیشه را احاطه کرده است تا بتواند مغناطیسی ایجاد کند و انتقال نور متقابل را قطع کند. این الکترومغناطیس‌ها دید را کاملاً مبهم می‌کنند و سیستم را نسبت به نور در هر دو جهت مات می‌کنند.»

ویکتار اسدچی، یک مهندس الکترواپتیک در آلتو و دانشگاه استنفورد که بر این پروژه نظارت داشت، می‌گوید که سیستم تیم، در اصل، مغناطش خود به خودی قوی و انتقال نور یک طرفه بدون میدان‌های مغناطیسی خارجی را نشان می‌دهد. اسدچی می‌گوید: «این بدان معناست که پنجره‌ای با آن شیشه در خانه، دفتر یا ماشین شما به شما این امکان را می‌دهد که بدون در نظر گرفتن روشنایی بیرون، از یک منظره عالی لذت ببرید، و مردم نمی‌توانند چیزی در داخل آن ببینند.

صفایی جزی می گوید که شیشه یک طرفه پیشنهادی همچنین می تواند سلول های خورشیدی را کارآمدتر کند دنیای فیزیک. این به این دلیل است که انتشار حرارتی را که سلول‌های امروزی به سمت خورشید می‌تابانند، مسدود می‌کند، که این امر میزان انرژی را که سلول‌ها می‌توانند جذب کنند، کاهش می‌دهد.

• محتوای مبتنی بر SEO و توزیع روابط عمومی. امروز تقویت شوید.
• PlatoData.Network Vertical Generative Ai. به خودت قدرت بده دسترسی به اینجا.
• PlatoAiStream. هوش وب 3 دانش تقویت شده دسترسی به اینجا.
• PlatoESG. کربن ، CleanTech، انرژی، محیط، خورشیدی، مدیریت پسماند دسترسی به اینجا.
• PlatoHealth. هوش بیوتکنولوژی و آزمایشات بالینی. دسترسی به اینجا.
• منبع: https://physicsworld.com/a/new-metamaterial-could-make-true-one-way-glass/