یک فوق سطح قابل تنظیم الکترونیکی که قطبش را می‌چرخاند

توضیح تصویر:  یک فوق سطح قابل تنظیم الکترونیکی که قطبی شدن را چرخان می کند
اعتبار: Zhanni وو.
 
 
محققان دانشگاه میشیگان و دانشگاه سیتی نیویورک اخیرا وجود یک فوق سطح قابل تنظیم الکترونیکی شفاف را پیشنهاد داده‌اند و به طور تجربی اعتبار بخشی کرده‌اند. این فوق سطح که در مقاله منتشر شده در Physical Review X ارائه شده است، می تواند قطبش یک موج فرودی دلخواه را بدون تغییر نسبت محوری آن بچرخاند.
 
 
فوق سطحها مواد ورقه‌ای مصنوعی‌ای هستند که بافت آنها در مقیاس زیر طول موجی است به این منظور که بتوانند پاسخهای الکترومغناطیسی مناسبی را ایجاد کنند. در سال های اخیر این مواد کنترل بی نظیری بر امواج الکترومغناطیسی ایجاد کرده اند و فرصت های جالبی را در زمینه های مختلف از جمله ارتباطات بی سیم، تصویر برداری و استحصال انرژی به وجود آورده اند.
 
با وجود مزایای متعدد خود، اکثر طرح های فوق سطحها تنها ویژگی های ایستا را ارائه می دهند. از سوی دیگر، فوق سطح جدیدی که توسط محققان طراحی شده است، دارای خصوصیات قابل تنظیم است که می تواند به صورت پویا قابل تنظیم باشد و از این رو در مناطق وسیع و گسترده ای قابل استفاده است.
 
Zhanni Wu یکی از محققانی که این مطالعه را انجام داد، به Phys.org گفت: "چند سال پیش، گروه تحقیقاتی ما یک رویکرد عملی برای به دست آوردن فوق سطحها با پاسخ های غیر همسانگرد مناسب ارائه دادند." "این روش شامل سطوح فلزی الگوی (غیر آیزوتروپیک) آبشاری است که در طول ضخامت طول موج عرضی برای رسیدن به خواص الکترومغناطیسی، مغناطیسی و کروی / امگا هدف قرار می‌گیرد. این تکنیک می‌تواند به تکنیکهای میکرو و نانو ساختار منجر شود، و این امکان را فراهم می‌سازد که فوق سطحها از RF تا طول موجهای قابل مشاهده باشد. "
 
در طی چند سال گذشته، همان گروه از محققان چندین فوق سطح را با قابلیت های مختلف طراحی و پیاده سازی کردند. هر چند این فوق سطحهای فوق العاده نازک، کنترل جبهه موج بی نهایتی را به دست آوردند، عملکرد آنها همچنان ایستاده و وابسته به پارامترهای هندسی ثابت آنها بود. فوق سطح جدیدی که توسط محققان معرفی شده است دارای یک قدرت چرخش قطبی است که شامل یک ساختار دو انکساری قابل تنظیم است که بین صفحات ربع موجی مبتنی بر فوق سطح با چرخش 45 درجه ای قرار دارد.
 
وو توضیح داد: "در این کار، ما دستگاه های قابل تنظیم و دیودهای وارکتور را به یک فوق سطح متصل کردیم تا کنترل دینامیکی بر پاسخ فوق سطح را به دست آوریم." "ما یک فوق سطح شفاف را با یک پاسخ چیرال قابل تنظیم نشان دادیم که می تواند قطبش یک موج فرودی را بچرخاند."
 

 

اعتبار: Zhanni وو.
 
خواص امواج الکترومغناطیسی (مانند دامنه، فاز و قطبی شدن) به طور معمول درگیر ترکیبی از اجزای نوری مانند لنزها، پلاریزورها و موجبرها می باشد. فوق سطح جدیدی که توسط محققان معرفی شده است دارای یک قدرت چرخش قطبی است که شامل یک ساختار دو انکساری قابل تنظیم است که بین صفحات ربع موجی مبتنی بر فوق سطح با چرخش 45 درجه ای قرار دارد.
 
Anthony Grbic  یکی دیگر از محققانی که این مطالعه را انجام داد، به Phys.org  گفت: "یک چرخاننده قطبش قابل تنظیم مرسوم معمولا دارای اندازه ای برابر با چندین (ده‌ها یا صدها) طول موج است و شامل دو صفحه ربع موجی چرخیده (قطبنده‌های خطی یا دایره ای) است که در هر دو طرف یک محیط دو انکساری قابل تنظیم، مانند یک لایه کریستال مایع، قرار می گیرد،"  "در اینجا ما این وسیله بزرگ را با یک آبشاری از فوق سطحها جایگزین کرده ایم، که در نتیجه دستگاهی با ضخامت طول موج عرضی و عملکرد معادل آن به دست آمد."
 
رویکردی که در طی آن وو، گربیک و همکارش Younes Ra'di آنها را طراحی کرده اند، طراحی فوق العاده جمع و جوری را امکان پذیر می سازد که می توانند در سیستم های قطبی سنج مایکروویو برای مشخص کردن یا شناسایی اشیاء استفاده شوند. به عنوان مثال، روتاتور قطبش آنها که بر اساس فوق سطحها ساخته شده را می توان با یک عنصر آنتن یکپارچه برای توسعه یک سیستم آنتن جمع و جور برای تصویر برداری میکروویو قطبی سنج یکی کرد.   فوق سطح یک ورق نازک است که شامل یک آرایه عددی از عناصر نانومقیاس است.
 
Grbic  گفت: "کار ما راه را برای پروفیل های مسطح / پایین، آنتن های پویای قابل تنظیم و سیستم های  اپتیکی / کوازی اپتیکی هموار می سازد." "آنها می‌توانند جایگزین تنظیمات الکترومغناطیسی بزرگ و یا اپتیکی شوند که نیاز دارند به ترکیبی از اجزای متداول از قبیل لنز، عناصر تنظیم کننده، تغییر دهنده فاز، مدولاتورهای فضایی، موجبر، پلاریزورهای خطی به سادگی با سطوح پهنای باند بالا و نازک کاسکد".
 
مطالعه اخیر انجام شده توسط وو، گربیک و رادی، یک پلت فرم جدید را معرفی کرد که امکان کنترل کامل جبهه انتقال یافته را فراهم می کند. محققان با استفاده از روتاتور قطبش قابل تنظیم، روش خود را نشان دادند، اما همچنین می توان آن را برای خنک کردن امواج منفی استفاده کرد. در آینده، از این روش آنها می تواند به طراحی یک سطح متقارن قابل تنظیم که نه تنها چرخش قطبی شدن موج منعکس شده / انتقال یافته را اعمال کند بلکه همچنین پرتو را به جهات مختلف هدایت می کند  استفاده کرد.
 
رادی به Phys.org گفت: "برنامه های تحقیقاتی آینده ما همچنین شامل طرح های مرسوم در سطحی گسترده برای کنترل دامنه قابل تنظیم است، و این علاوه بر کنترل فاز / قطبی شدن است که تا به امروز نشان داده ایم،" "هدف دیگری که ما داریم این است که چنین طرحهای فوق سطحی را به طول موجهای نوری ترجمه کنیم."
 
 
 

هولوگرام های دینامیکی اجازه می دهند که تصاویر سه بعدی در طول زمان مانند یک فیلم تغییر کنند، اما تا کنون این هولوگرامها هنوز در حال توسعه هستند. در حال حاضر توسعه هولوگرام های پویا می تواند از تحقیقات اخیر در زمینه متقارن نوری، یک نوع سطح فوتونی با خواص اپتیک قابل تنظیم، کمک گرفته باشد.
 
در یک مطالعه جدید منتشر شده، یک تیم از دانشمندان در دانشگاه ملی استرالیا در کانبرا، استرالیا؛ دانشگاه فردریش شیلر جنا در ژنا، آلمان؛ و آزمایشگاه ملی Sandia در آلبوکرک، نیومکزیکو، ایالات متحده، روش جدیدی را برای تنظیم نواحی نوری نشان داده است.
 
به طور خلاصه همان طور که در بالا هم اشاره شد فوق سطح یک ورق نازک است که شامل یک آرایه عددی از عناصر نانومقیاس است. وجود ابعاد دقیقی از این عناصر، حیاتی است، زیرا آنها به طور خاص طراحی شده اند تا با استفاده از روش های ویژه ای که موجب افزایش خواص الکتریکی و مغناطیسی آنها می شود، با موج شکن های خاصی سر و کار داشته باشند.
 
بر گرفته از فیز اُرگ
 

مترجم: علی رضایی میر قائد