يبدأ صباح في مختبر الفيزياء غالبًا بالضوء. ليس ضوء الشمس الذي يتسلل عبر النوافذ أو يستقر برفق على الأدوات، بل أشعة موجهة بعناية عبر المرايا والعدسات - خطوط رفيعة من السطوع مرسومة بقصد عبر الغرفة.
على مدى عقود، جاءت بعض من أدق هذه الأشعة من منشآت ضخمة، آلات تملأ غرفًا كاملة أو حتى مباني. يصل ضوءها إلى أطوال موجية وطاقة يصعب تحقيقها باستخدام معدات المختبر العادية. ومع ذلك، بدأ الباحثون مؤخرًا في تقليص بعض من تلك القدرات إلى حجم طاولة العمل.
يقال إن نظام الليزر الجديد الذي أبلغ عنه الفيزيائيون أكثر كفاءة حتى ألف مرة من الطرق السابقة المستخدمة لإنتاج ضوء عالي الطاقة مشابه. يعمل الجهاز على طاولة المختبر بدلاً من داخل قاعات مسرعات ضخمة، لكن أدائه قد يسمح للعلماء باستكشاف ظواهر كانت متاحة سابقًا فقط مع معدات أكبر بكثير.
الشعاع الناتج عن النظام يقع في منطقة الأشعة فوق البنفسجية الفائقة (EUV) من الطيف الكهرومغناطيسي. يحمل الضوء عند هذه الأطوال الموجية طاقة كافية لاستكشاف المواد على مقاييس صغيرة جدًا - صغيرة بما يكفي لكشف العيوب المخفية داخل شرائح أشباه الموصلات.
بالنسبة للمهندسين العاملين في الميكروإلكترونيات، يمكن أن تحدد مثل هذه العيوب موثوقية الأجهزة التي تشغل الحوسبة الحديثة. حتى عدم انتظام صغير في هيكل الشريحة قد يؤثر على كيفية تدفق الإلكترونات عبر الدوائر. قد يجعل ليزر EUV الأكثر كفاءة من الممكن فحص مواد أشباه الموصلات بحساسية أكبر، مما يكشف عن العيوب التي كانت سابقًا غير مرئية.
لكن تداعيات التكنولوجيا الجديدة تمتد إلى ما هو أبعد من التصنيع.
يتفاعل الضوء فوق البنفسجي الفائق أيضًا مع النوى الذرية بطرق غير عادية. تمتلك بعض النظائر انتقالات طاقة نووية يمكن أن تُحفز بواسطة الفوتونات في هذا الجزء من الطيف. هذه الانتقالات مركزية لفكرة الساعة النووية، وهي جهاز قياس الوقت النظري الذي قد يتجاوز دقة حتى أفضل الساعات الذرية اليوم.
تستند الفكرة إلى المبدأ الذي ينص على أن التردد يحدد الوقت. في الفيزياء، يمكن كتابة العلاقة بين التردد وفترة التذبذب على النحو التالي:
$$T = \frac{1}{f}$$ حيث T هي فترة الدورة وf هو تردد التذبذب. كلما كان التردد المستخدم لتحديد الوقت أعلى وأكثر استقرارًا، أصبحت الساعة الناتجة أكثر دقة.
تستفيد الساعات الذرية بالفعل من انتقالات الإلكترونات المستقرة للغاية داخل الذرات لقياس الوقت بدقة استثنائية. بينما ستعتمد الساعات النووية، على النقيض من ذلك، على الانتقالات داخل النواة الذرية نفسها - الأحداث التي يُعتقد أنها أقل حساسية للت disturbances البيئية.
لقد كان إنتاج النوع الصحيح من الضوء لتحفيز هذه الانتقالات النووية تحديًا تقنيًا طويل الأمد. تقع الأطوال الموجية المطلوبة في منطقة صعبة بين الليزرات فوق البنفسجية التقليدية ومصادر الإشعاع عالي الطاقة. يمكن أن تساعد ليزرات EUV الفعالة بحجم الطاولة في سد هذه الفجوة، مما يوفر للمختبرات وسيلة عملية لدراسة هذه الانتقالات elusive.
يحقق النظام الجديد كفاءته من خلال تحسينات في العملية المعروفة باسم توليد التوافقيات العالية، حيث تتفاعل نبضات الليزر الشديدة مع الغازات لإنتاج ضوء بأطوال موجية أقصر بكثير. من خلال تحسين كيفية نقل الطاقة خلال هذا التفاعل، تمكن الباحثون من زيادة كمية الضوء فوق البنفسجي الفائق القابل للاستخدام بشكل كبير.
النتيجة هي شعاع قوي بما يكفي لدعم التجارب التي كانت تتطلب سابقًا منشآت أكبر بكثير. بالنسبة للعلماء الذين يستكشفون مواد أشباه الموصلات أو أسس قياس الوقت، فإن الفرق كبير.
تقرير الدراسة يشير إلى أن الليزر الجديد بحجم الطاولة يمكنه توليد ضوء فوق بنفسجي فائق بكفاءة تصل إلى حوالي ألف مرة أكبر من الأنظمة السابقة، مما قد يمكّن من تحسين فحص أشباه الموصلات وتقدم البحث نحو الساعات النووية العملية.
إخلاء مسؤولية صورة الذكاء الاصطناعي
تم إنشاء الرسوم التوضيحية باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي وليست صورًا حقيقية.
تحقق من المصدر
توجد تغطية موثوقة و/أو تقارير أولية من: Nature Photonics Physics World ScienceDaily Phys.org IEEE Spectrum
نُشر بواسطة Banx Network. هذا المقال جزء من برنامج الوسائط اللامركزية من Banx، مدعومًا برمز BXE على شبكة XRP Ledger.
