Electrodes

لقد نجح باحثون من معهد موسكو للفيزياء التقنية، بالتعاون مع فيزيائيين دوليين، في تطوير مادة قطبية شفافة رائدة تنقل الضوء في اتجاه واحد، وتستند هذه المادة المبتكرة إلى تصميم كرات من ثاني أكسيد السيليكون المجهرية مدمجة مع فيلم من الألومنيوم النانوي، والخصائص الفريدة لهذا القطب الشفاف - الموصل للغاية والقادر على نقل الضوء بشكل انتقائي - تجعله واعداً بشكل خاص للتطبيقات في الطاقة الشمسية والبصريات، مثل الكاميرات المتقدمة والخلايا الشمسية ذات الأغشية الرقيقة الأكثر كفاءة.

وإن الطبيعة غير المتماثلة لهذا القطب الجديد تسمح للضوء بالمرور في اتجاه واحد فقط، مما قد يساعد في منع فقدان الضوء في الأجهزة مثل الخلايا الشمسية حيث يكون امتصاص الضوء الأقصى أمراً بالغ الأهمية، وعلى سبيل المثال، في الخلايا الشمسية النموذجية، لا يتم التقاط الكثير من الضوء الساقط بشكل فعال.

ومع ذلك، فإن تصميم القطب الجديد هذا يسهل امتصاص الضوء بشكل أعلى من خلال السماح للضوء بالمرور دون انعكاسه للخارج، وبالتالي تعزيز كفاءة تقنيات الطاقة الشمسية ذات الأغشية الرقيقة، كما أن لهذا الاختراق آثار على تكنولوجيا الكاميرات.

وكما أوضح ألكسندر شالين، الباحث الكبير في المعهد، يمكن دمج هذا النوع من القطب في الكاميرات غير المرئية، وعلى النقيض من الكاميرات التقليدية التي تعاني من انعكاس الضوء عن مصفوفة المستشعر، تسمح هذه الأقطاب الكهربائية للضوء بالدخول دون أن ينعكس مرة أخرى، مما يتيح تصويراً أكثر وضوحاً ودقة.

ومن الناحية التكنولوجية، تتألف المادة من كرات صغيرة من ثاني أكسيد السيليكون بأحجام جزيئات معايرة بعناية، إلى جانب ثقوب صغيرة في فيلم الألومنيوم، ويسمح هذا التكوين بأكثر من 90٪ من الضوء بالنفاذ من اتجاه واحد بينما يقيده بنسبة 20٪ فقط من الاتجاه المعاكس، وتنشأ ميزة النقل الانتقائي من التفاعل بين الضوء وكرات ثاني أكسيد السيليكون أثناء دخوله من زاوية معينة، مما يتيح تدفق الضوء أحادي الاتجاه.

وإن مثل هذه التطورات في المواد الفائقة - الهياكل الاصطناعية المكونة من عناصر نانوية - تفتح الأبواب لتطبيقات مستقبلية، ويمكن أن تؤدي هذه المواد، التي تتميز بالمرونة والتوصيل الكهربائي، قريباً إلى إنشاء أجهزة دقيقة أخرى متقدمة، مثل العدسات المسطحة ومواد التمويه، عن طريق التلاعب بالضوء بطرق لم تكن قابلة للتحقيق من قبل.

ولا يعمل هذا الاكتشاف على تعزيز التطبيقات العملية للتكنولوجيا فحسب، بل إنه يعمق أيضاً الفهم العلمي للتلاعب بالضوء، مما يمهد الطريق للابتكارات في قطاعات الفوتونيات والطاقة والتصوير.