بهبود عملکرد متامواد با استفاده از مواد فلورسانس

فیزیک‌دان‌های آمریکایی اولین متاماده با ضریب شکست منفی (NIM) را که دارای تقویت‌کننده درونی است، تولید کردند. این کشف می‌تواند مشکل بزرگی را که طراحان «ردای نامرئی» با آن مواجه بوده‌اند، رفع کند.

فیزیک‌دان‌های آمریکایی اولین متاماده با
ضریب شکست منفی (NIM) را که دارای تقویت‌کننده درونی است، تولید کردند. این
کشف می‌تواند مشکل بزرگی را که طراحان «ردای نامرئی» با آن مواجه بوده‌اند،
رفع کند. این متاماده جذب نور را که در NIMهای اُپتیکی روی داده و استفاده
عملی از آنها را به شدت محدود می‌کرد، کاهش می‌دهد.

بر خلاف مواد معمولی که دارای ضریب شکست مثبت هستند، یک NIM به نحوی طراحی
می‌شود که دارای ضریب شکست منفی باشد. NIMها ویژگی‌های مطلوبی دارند که در
مواد معمولی مشاهده نمی‌شوند. از جمله این ویژگی‌ها می‌توان به قابلیت
تمرکز نور در نقطه‌ای کوچک‌تر از طول موج نور در یک «hyperlens» اشاره کرد.
چنین ابزاری میکروسکوپ‌های نوری را قادر می‌سازد تا اشیای بسیار کوچک‌تری
را مشاهده کنند.

NIMهایی که در طول موج‌های اُپتیکی کار می‌کنند، یک مشکل بسیار بزرگ دارند؛
بخش‌های فلزی آنها بخش اعظم نوری را که از آنها عبور می‌کند، جذب می‌کنند.
یکی از راه‌های غلبه بر این مشکل، وارد کردن مواد فعالی همچون مواد رنگی
لیزری روی سطح متامواد است، اما فیزیکدان‌ها در انجام این کار با دشواری
مواجه بوده‌اند.

حال ولادیمیر شالائف و همکارانش در دانشگاه Purdue با وارد کردن یک مولکول
رنگی فلورسانس درون اجزای عایق NIM خود، روشی برای غلبه بر مشکل جذب نور
یافته‌اند.

طراحی جدید آنها بر NIM «تور ماهیگیری» استوار است که شالائف چندین سال است
در آزمایشگاه خود روی آنها کار می‌کند. این ساختار از یک لایه آلومینیومی
ساندویچ شده میان دو لایه نقره تشکیل می‌شود. ضخامت هر لایه ۵۰ نانومتر است.
روی این لایه‌ها حفرات بیضی شکلی به طول ۲۰۰ نانومتر و با فاصله ۲۸۰
نانومتر از هم ایجاد شده و بدین ترتیب شبیه تور ماهیگیری می‌شوند.

 

 
 
این تیم با حذف بخش عمده‌ای از آلومینیوم و
نگهداری تنها بخش‌های ستون‌مانندی که از فروریختن ساختار جلوگیری می‌کنند،
NIM فعال تولید کردند. سپس فضاهای خالی ایجاد شده را با فیلم اپوکسی حاوی
مولکول رنگی فلورسانس رودامین ۸۰۰ (Rh800) پر کردند.

زمانی که این مولکول‌های Rh800 با یک پالس نوری با طول موج ۶۹۰ نانومتر پمپ
شوند، پس از اتمام پالس، نوری با طول موج حدود ۷۳۰ نانومتر به مدت چند
نانوثانیه از خود نشر می‌‌کنند. اگر در طول این مدت یک روبشگر پالس نوری در
محدوده ۷۳۰ نانومتر به مولکول رنگی تابانده شود، نشر نور از این مولکول را
تحریک خواهد کرد. نور برانگیخته معادل روبشگر نوری بوده و در نتیجه پالس
روبشگر تقویت می‌شود.

شالائف می‌گوید NIMهای فعال می‌توانند برای تولید ابزارهای اُپتیکی عجیبی
همچون ابرلنزها به کار روند. حتی می‌توان از این فناوری برای تولید رداهایی
که نور را در اطراف یک جسم خم کرده و در نتیجه آن جسم را نامرئی می‌کنند،
بهره برد.

جزئیات این کار در مجله Nature منتشر شده است.