نظریه‌ای جدید برای کنترل پرتوهای نوری با استفاده از فناوری‌نانو

گروهی از محققان چینی سرگرم اثبات نظریه‌ای هستند که به‌موجب آن نور فروسرخ هنگام عبور از نانوستون‌های سیلیکونی بدون داشتن هیچگونه بازتابی، به اندازه ۹۰ درجه خم می‌شود. این روش راهکار نوینی در کنترل پرتوهای نوری که تا پیش از این تنها با استفاده از متامواد مخصوصی امکان‌پذیر بود به‌شمار می‌آید.

کنترل نور درون مدارهای فوتونیکی امروزه با استفاده از فناوری‌های متعددی از جمله
توری‌های دی الکتریک پهن و یا ساختارهای بلوری فوتونیکی انجام می‌شود. اما اخیرا
گروهی از نظریه پردازان چینی و آمریکایی مدعی شدند که می‌توان نور فروسرخ را هنگام
عبور از نانوستون‌های سیلیکونی بدون داشتن هیچگونه بازتابی، به اندازه ۹۰ درجه خم
کرد؛ پدیده‌ای که تا پیش از این تنها در انواع خاصی از متا مواد مشاهده شده بود.

جون جی جو از آکادمی علوم شانگهای و همکارانش دو پرتو نور فروسرخ به ترتیب با طول
موجهای ۱۵۵۰ و ۲۳۶۲ نانومتر را که با زاویه۴۵ درجه به ردیفی از ۱۵ نانو ستون
سیلیکونی می‌تابند را در نظر گرفتند.

این ستونها در اثر برخورد پرتوهای فروسرخ به ارتعاش در آمده و امواج ایستاده‌ای در
آنها ایجاد می‌شود که الگوی آن به طول موج نور فرودی به داخل سیلیکون که حدود یک
سوم طول موج آن در هوا است بستگی دارد.

جو و همکارانش دریافتند، هنگامی که نور با طول موج ۱۵۵۰ نانومتر به این ستون‌ها
بتابد، آنهارا همانند دوقطبی‌های الکتریکی به ارتعاش درمی‌آورد. از آنجا که این
ستون‌ها در یک ردیف قرار گرفته‌اند تابش آنها به‌طور سازنده با هم تداخل کرده و
پرتو حاصله در همان سمت از خط عمود که پرتوفرودی قرار داشت بیرون می‌آید که این
پدیده را شکست منفی می‌گویند. تقارن دوقطبی ایجاد شده در این ستونها توسط طول موج
۱۵۵۰ نانومتری موجب محو کامل پرتو فرودی و بازتاب آن می‌شود و به ا ین ترتیب تنها
پرتو عبوری همان پرتوی است که عمود بر پرتو فرودی قرار داشته و دچار شکست منفی شده
است و دو پرتو عبوری و بازتاب معمولی کاملا از بین می‌روند. اما هنگامی که نوری با
طول موج ۲۳۶۲ نانومتر به ردیف نانوستون‌ها برخورد کند، یک موج ایستاده ناهمگن (غیر
ایزوتروپیک) تشکیل می‌شود و تابش آن در چهار جهت عمود بر هم از این نانوستون‌ها
خارج می‌شود.

به باور این محققان این روش در صورت عملی شدن، برای خم کردن پرتوهای نوری در
مدارهای فوتونیکی و احتمالا کنترل نور درون قطعات شبکه‌های نوری کاربرد داشته و
نسبت به سایر روشها کنترل نور از مزایای بسیاری برخوردار است که از جمله می‌توان به
امکان تولید آسان آرایه‌ای از نانوستون‌های هم اندازه با شعاع یکسان و کمتر بودن
المان‌های مورد استفاده اشاره کرد.

جو و همکارانش هم اکنون نظریه خود را بااستفاده از ستون‌های سیلیکونی ۴ میکرومتری
مورد آزمایش قرار داده‌اند و در نظر دارند در آینده نقش تقارن در سایر مدهای
ارتعاشی را بیشتر مورد بررسی قرار دهند تا به این ترتیب بتوانند پرتوهای نوری را
دستکاری کنند.

گفتنی است گزارش کار این محققان در نشریه Physical Review Letters منتشر شده است.