اكتشاف مذهل.. قوى خفية داخل الماس تسرّع الأجهزة الإلكترونية ألف مرة

كشف علماء عن قوى خفية داخل الماس تلعب دوراً حاسماً في استجابة المواد للضوء بسرعة فائقة، باستخدام نبضات ضوئية فائقة القصر، تمكن الباحثون من إظهار كيف يمكن للشحنات الافتراضية أن تُسرّع الأجهزة الإلكترونية ألف مرة مقارنة بالتقنيات الحالية، فاتحين آفاقًا جديدة للإلكترونيات فائقة السرعة.

تظهر الدراسة التي نُشرت في مجلة " نيتشر فوتونيكس " بقيادة معهد بوليتكنيك في ميلانو عن جانب منسي لكنه جوهري، ألا وهو مساهمة الشحنات الافتراضية، وهي حاملات شحنات لا توجد إلا أثناء التفاعل مع الضوء، ولكنها تؤثر بشكل كبير على استجابة المادة وفق ساينس ديلي.

أجرى الباحثون بحثًا بالشراكة مع جامعة تسوكوبا، ومعهد ماكس بلانك لبنية وديناميكيات المادة، ومعهد الفوتونيات وتكنولوجيا النانو (Cnr-Ifn)، وبحثوا في سلوك الماس أحادي البلورة المعرض لنبضات ضوئية تستمر لبضعة أتو ثانية (مليار من مليار جزء من الثانية)، باستخدام تقنية متقدمة تسمى مطيافية الانعكاس العابر بمقياس الأتو ثانية.

بمقارنة البيانات التجريبية بأحدث المحاكاة الرقمية، تمكن الباحثون من عزل تأثير ما يُسمى بالتحولات الرأسية الافتراضية بين النطاقات الإلكترونية للمادة. تُغير هذه النتيجة منظور تفاعل الضوء مع المواد الصلبة، حتى في الظروف القاسية التي كانت تُعزى حتى ذلك الحين فقط إلى حركة الشحنات الفعلية.

قال ماتيو لوتشيني، أستاذ في قسم الفيزياء والمؤلف الرئيسي للدراسة وزميل في CNR-Ifn: "يظهر عملنا أن إثارة الناقل الافتراضي، والتي تتطور في بضعة مليارات من المليار من الثانية، لا غنى عنها للتنبؤ بشكل صحيح بالاستجابة البصرية السريعة في المواد الصلبة".

وتضيف روسيو بوريجو فاريلاس، الباحثة في المركز الوطني للبحوث النووية التابع لمعهد نيو إنجلاند: "تمثل هذه النتائج خطوة رئيسية في تطوير التقنيات فائقة السرعة في مجال الإلكترونيات".

يُتيح التقدم المُحرز رؤى جديدة في مجال ابتكار أجهزة بصرية فائقة السرعة، مثل المفاتيح والمُعدِّات القادرة على العمل بترددات بيتا هرتز، أي أسرع بألف مرة من الأجهزة الإلكترونية الحالية. ويتطلب هذا فهمًا عميقًا لسلوك الشحنات الفعلية والافتراضية، كما توضح هذه الدراسة.