معرفی «پديده عجيب نوري» قوانين چندصدساله «بازتاب و شكست نور» فيزيكدانان را به چالش كشيد!

[YAGHOT SEFID 29302]

خبرگزاري دانشجويان ايران - تهران

سرويس: علمي

محققان دانشكده مهندسي و علوم کاربردي هاروارد با بكارگيري شيوه انقطاع فاز توانسته‌اند پرتوهاي نور را وادار به رفتار در جهتي كنند كه قوانين چندين قرن در مورد انعكاس و انكسار را به چالش مي‌طلبد.

به گزارش سرويس علمي خبرگزاري دانشجويان ايران (ايسنا)، اين كشف به فرمول‌بندي جديد قوانين رياضي منجر شده كه به پيش‌بيني مسير پرتوهاي نور در زمان خروج از سطح يا حركت از يك واسط به واسط ديگر مي‌پردازد.

اين محققان توانسته‌اند با استفاده از سطوح طراح، تاثيرات آينه‌هاي سرگرمي را بر روي سطح صاف ايجاد كنند.

 

از زمانهاي قديم اين امر شناخته شده‌ بود كه نور در سرعت‌هاي مختلف، از ميان واسطهاي گوناگون حركت مي‌كند. انعكاس (بازتاب) و انكسار (شكست) نور، زماني رخ مي‌دهند كه نور با يك ماده در يك زاويه برخورد مي‌كند؛ چرا كه يك سمت پرتو مي‌تواند از سوي ديگر سرعت بگيرد. از همين رو جبهه موج جهت خود را تغيير مي‌دهد.

قوانين متعارف كه در كلاسهاي فيزيك تدريس مي‌شوند، به پيش‌بيني زواياي انعكاس و انكسار بر اساس زوايه ورودي و خصوصيات دو واسط مي‌پردازند.

فيزيكدانان هاروارد، در زمان بررسي رفتار نور هنگام برخورد با سطوح منقش به نانوساختارهاي فلزي، دريافتند كه معادلات معمول براي توصيف پديده حاصله در آزمايشگاه، كافي نيست.

قوانين كلي جديد كه در هاروارد ايجاد شده، بر اساس اين اكتشاف است كه مرز بين دو واسط، در صورتي كه بطور ويژه طراحي شوند، مي‌تواند مانند واسط سوم عمل كند.

براي مثال، سطحي مانند سطح درياچه، يك مرز هندسي بين دو واسط آب و هوا است؛ اما اكنون با قانون جديد، اين مرز به يك رابط جديد تبديل شده كه مي‌تواند خود باعث خم شدن نور شود.

مؤلفه اصلي اين اكتشاف، يك گروه آنتن‌هاي ريز طلايي بود كه بر روي سطح سيليكون اين دانشمندان نصب شده بودند. اين مجموعه در مقياسي بسيار نازكتر از طول موج نور برخوردكننده با آن ساخته شده است. اين موضوع بدين معني است كه برخلاف يك سيستم نوري معمول، مرز ساخته شده بين هوا و سيليكون، بيانگر يك تغيير فاز ناگهاني موسوم به انقطاع فاز در درجات بالايي طول موجي است كه از آن عبور مي‌كند.

هر يك از آنتن‌هاي اين مجموعه مانند يك مرتعش‌كننده عمل مي‌كند كه قادر به به تله انداختن نور و گرفتن انرژي آن براي مدت زمان مشخص پيش از آزادسازي آن است. شيب گونه‌هاي مختلف مرتعش‌كننده بر روي سطح سيلسكون مي‌تواند بطور موثري نور را پيش از آغاز گسترش آن در واسط ديگر، خم كند.

پديده حاصله از اين كشف تمام قوانين سنتي را شكسته و به ساخت پرتوهايي از نور پرداخته كه بسته به شكل سطح، به انعكاس و انكسار به شيوه‌هاي دلخواه مي‌پردازند.

اين محققان براي عمومي كردن قوانين انعكاس و انكسار كتابهاي فيزيك، يك واژه جديد را به معادلات اضافه كرده‌اند كه نشانگر شيب تغييرات فاز سهيم در مرز است. مهمتر اين كه در زمان نبود يك سطح شيب‌دار، قوانين جديد به قوانين شناخته‌شده‌تر كاهش مي‌يابند.

همچنين با اين قوانين جديد مي‌توان بسامد (رنگ)، دامنه (روشني) و قطبش نور را نيز كنترل كرد؛ بدان معني كه نور حاصله، در اصل يك پرتو طراح است.

محققان تاكنون توانسته‌اند با موفقيت، يك پرتو گردبادي حلزوني شكل، از سطح مسطح توليد كنند. آنها همچنين در فكر توليد لنزهاي مسطح با قابليت تمركز بدون انحراف بر تصوير هستند.