شبیه ‌سازی عملکرد پاهای مارمولک به کمک متامواد پلاسمونی

محققان انگلیسی مواد جدیدی ساختند که می‌توانند به سطح صاف و صیقلی چسبیده و بسته به نیاز از آن جدا شوند. مراحل ساخت و آزمایش این متامواد پلاسمونی هنوز به پایان نرسیده و در صورت موفقیت می‌تواند در ساخت پنجه‌های مصنوعی مارمولک برای بالا رفتن از دیواره‌های صاف به‌کار رود.

محققان انگلیسی مواد جدیدی ساختند که می‌توانند به سطح صاف و صیقلی چسبیده
و بسته به نیاز از آن جدا شوند. مراحل ساخت و آزمایش این متامواد پلاسمونی
هنوز به پایان نرسیده و در صورت موفقیت می‌تواند در ساخت پنجه‌های مصنوعی
مارمولک برای بالا رفتن از دیواره‌های صاف به‌کار رود.

این روش با ایجاد پلاسمون در اثر تابش نور به یک ماده رسانا کار می‌کند.
ایجاد پلاسمون سبب می‌شود تا در برخی نواحی ماده رسانا کمی بار مثبت و در
نواحی دیگر کمی بار منفی ایجاد شود. حال اگر سطح دیگری در فاصله بسیار
نزدیک با این ماده قرار گیرد نیروی جاذبه‌ای بین آن دو ایجاد می‌شود. با
وجود این، اگر رسانا یک صفحه فلزی صاف باشد، نیروی حاصل کوچک است و مفید
نیست.

پلاسمون‌ها در متامواد مصنوعی که از ساختارهای ریز با خواص الکترومغناطیسی
ویژه ساخته شده‌اند هم ایجاد می‌شوند. این مواد می‌توانند در فرکانس‌های
معین پلاسمون نوسان کنند که منجر به انرژی بیشتر پدیده پلاسمون می‌شود.

محققان دانشگاه Southampton تصور می‌کردند که نیروی جاذبه یک ماده پلاسمونی
می‌تواند خیلی بیشتر از یک صفحه رسانا باشد. آنها برای آزمایش این فرضیه یک
مدل کامپیوتری طراحی کردند. مدل آنها یک ماده پلاسمونی دوبعدی شامل یک لایه
نازک بود که ساختارهای طلا با فاصله مساوی از هم روی آن قرار گرفته و به‌عنوان
تشدید کننده عمل می‌کردند. سپس محققان رفتار این ماده را زمانی که فقط به
اندازه چندین نانومتر از سطح یک ماده دی‌الکتریک فاصله داشت شبیه‌سازی
کردند. آنها همچنین نیروی ایجاد شده توسط سیستم را زمانی که نوری با طول
موج نزدیک به طول موج رزنانس متاماده ۱۳۷۰ nm به آن تابیده شد بررسی
کردند.

اگر نور از پشت متاماده به آن تابیده و سپس به فصل مشترک بین دو سطح رسیده
باشد، شبیه‌سازی نشان می‌دهد که فشار تابش منجر به جذب دوسطح به‌سمت هم می‌شود.
به‌عبارت دیگر، دو ماده یک نیروی جاذبه خالص را احساس می‌کنند ولی قدرت این
جاذبه خیلی بیشتر از آن بود که تنها تابش نور را دلیل آن بدانیم.

هنگامی که یک متاماده در معرص نور قرار گیرد، انرژی الکترومغناطیسی زیادی
در نزدیک سطح تجمع می‌کند. این فاصله کمتر از طول موج تابش است. لذا
دانسیته این انرژی بسیار زیاد است و زمانی که سطح دیگری در نزدیکی این
ساختار قرار گیرد، این انرژی تحت تاثیر حضور ماده دیگر قرار گرفته و هر
تغییری در آن همیشه با یک نیرو همراه است.

 
اگر نور ابتدا از بین ماده دی‌الکتریک بیاید فشار تابش متاماده را به‌سمت بیرون می‌راند.
با وجود این، شبیه‌سازی نشان داد که اگر نوری با فرکانس نزدیک به فرکانس رزنانس
متاماده به آن تابیده شود، جاذبه حاصل از نیروی چسبندگی ناشی از تابش نور بیش از
دافعه ناشی از فشار تابش است.

نیروی خالصی که متاماده را نزدیک سطح نگه می‌دارد باید به اندازه‌ای باشد که بر
نیروی جاذبه ناشی از وزن آن غلبه کند. بنابراین، این ماده می‌تواند تقلیدی از پاهای
مارمولک باشد که سبب چسبیدن آن به دیواره‌های صاف و بالا رفتن از آنها می‌شود. این
حرکت را می‌توان به‌سادگی و با قطع و وصل کردن تابش نور به متاماده انتظار داشت.
ولی برای اینکه این تحقیقات جنبه عملی پیدا کند، باید ابتدا روشی ارزان و کاراتر
برای ساخت متامواد پلاسمونی در مقیاس صنعتی پیدا کرد. پژوهشگران هم‌اکنون در حال
توسعه این روش در یک سیستم آزمایشگاهی هستند.