קבוצה של חוקרים סיניים המציאה גביש אופטי חדש חסכוני באנרגיה ודק במיוחד תוך שימוש בתיאוריה חדשה שמניחה את הבסיס לטכנולוגיית הלייזר של הדור הבא.
ל-Boron Nitride המעוות שפותח על ידי הצוות יש עובי של מיקרומטר, מה שהופך אותו לקריסטל האופטי הדק ביותר הידוע בעולם, אמר לאחרונה פרופסור וואנג אנג'ה מבית הספר לפיזיקה של אוניברסיטת פקין ל-Xinhua. בהשוואה לגבישים רגילים באותו עובי, יעילות האנרגיה שלו עלתה פי 100 עד פי 10,000.
וואנג, אקדמאי באקדמיה הסינית למדעים, אמר כי התוצאות הן חידוש מקורי בתורת הגבישים האופטיים של סין ופותחות תחום חדש של ייצור גבישים אופטיים מחומרי סרט דק דו מימדי של יסודות קלים.
תוצאות המחקר פורסמו לאחרונה בכתב העת Physical Review Letters.
לייזר הוא אחת הטכנולוגיות הבסיסיות של חברת המידע. גבישים אופטיים יכולים לממש פונקציות כמו המרת תדר, הגברה פרמטרית ואפונון אותות, והם מרכיבי מפתח במכשירי לייזר.
ב-60 השנים האחרונות, המחקר והפיתוח של גבישים אופטיים הונחו בעיקר על ידי שתי תיאוריות התאמת פאזות שהוצעו על ידי מדענים אמריקאים.
עם זאת, בשל המגבלות של המודלים התיאורטיים המסורתיים ומערכות החומר, הקריסטלים הקיימים מתקשים לעמוד בדרישות של מזעור, אינטגרציה גבוהה ופונקציונליזציה של מכשירי לייזר לפיתוח עתידי. הפיתוח של טכנולוגיית הלייזר מהדור הבא דורש פריצות דרך בתיאוריית הגבישים האופטיים ובחומרים.
וואנג אנגו ופרופ' ליו קאיהוי, מנהל המכון לפיזיקה של חומר מעובה וחומרים, בית הספר לפיזיקה, אוניברסיטת פקין, הובילו צוות לפיתוח תיאוריית התאמת שלב שלישי המבוססת על מערכות חומרים אלמנטים קלים - תיאוריית התאמת השלב המעוות.
"ניתן לראות את הלייזרים המיוצרים על ידי גבישים אופטיים כעמודים בודדים של צעדה. מנגנון הפיתול יכול להפוך את הכיוון והקצב של כל אדם לתואמים מאוד, ולשפר מאוד את יעילות המרת האנרגיה של הלייזר", מסביר ליו, שהוא גם סגן מנהל של המכון לצומת חומרים קוונטיים של אלמנטים קלים במרכז המדע המשולב הלאומי Huairou בבייג'ינג.
לדבריו, המחקר פותח מצבי תכנון ומערכות חומרים חדשים לחלוטין, ומממש שרשרת שלמה של חידושים מקוריים מתיאוריה אופטית בסיסית ועד מדע וטכנולוגיה של חומרים.
"העובי של גבישי TBN נע בין 1 ל-10 מיקרומטר. לרוב הגבישים האופטיים שהכרנו קודם היה עובי ברמה של מילימטר אחד או אפילו סנטימטר", הוסיף ליו.
טכנולוגיית הייצור של TBN נמצאת כעת בפטנט בארה"ב, בריטניה, יפן ומדינות אחרות. הצוות ייצר אב טיפוס לייזרים TBN ועובד עם חברות לפיתוח טכנולוגיית הלייזר של הדור הבא.
"גבישים אופטיים הם אבן היסוד של פיתוח טכנולוגיית הלייזר, והעתיד של טכנולוגיית הלייזר נקבע על ידי תיאוריית העיצוב וטכנולוגיית הייצור של גבישים אופטיים", אמר וואנג.
עם גודלו הדק במיוחד, פוטנציאל האינטגרציה המצוין והפונקציות החדשות שלו, גבישי TBN צפויים לממש פריצות דרך יישומיות חדשות בעתיד בתחומים כמו מקורות אור קוונטיים, שבבים פוטוניים ובינה מלאכותית.
