قام فريق من الباحثين في جامعة هونان للمعلمين في الصين بتطوير أقوى “ليزر صوتي” حتى الآن، وذلك باستخدام حبة من السيليكا تبلغ طولها حوالي ميكرومتر واحد.
يعمل الليزر الصوتي بنفس الطريقة التي يعمل بها الليزر العادي، حيث يصدر جسيم تيارا من الفونونات، وهي الجزيئات الصغيرة التي تشكل الصوت، في شعاع ضيق.
لعقود طويلة، كان العلماء يصنعون “ليزر فونون” لإخراج الفونونات في شعاع ضيق، بطريقة تشبه تكوين الليزر الضوئي من الفوتونات.
بقيادة الباحث هوي جينغ، استخدم الفريق من جامعة هونان للمعلمين حبة من السيليكا بحجم بكتيري لإنشاء أقوى ليزر صوتي، باستخدام شعاعين من الضوء لرفع حبة السيليكا وتحييدها داخل “تجويف عاكس”.
أشارت المجلة إلى أن أي اهتزاز طفيف للخرزة السيليكية يؤدي إلى إنتاج فونونات، التي تم احتجازها وتضخيمها في التجويف، حتى تكون كافية لتشكيل شعاع يشبه الليزر.
تبين أن الليزر الفونون الناتج هو الأكثر سطوعا وقوة في التاريخ. وما قام به العلماء في عهد جينغ هو إضافة قطب كهربائي أسفل حبة السيليكا، مما أدى إلى إنتاج إشارات كهرومغناطيسية محددة بعناية.
بسبب هذا التعديل، زادت كمية الطاقة التي يرسلها الليزر الصوتي عند كل تردد فونون بنسبة تصل إلى عشرة أضعاف الكمية المعتادة.
وبالإضافة إلى ذلك، عمل الليزر الصوتي الذي طوره جينغ وزملاؤه في جامعة هونان للمعلمين في الصين لمدة تزيد عن ساعة،.. مما يمثل أداء استثنائيا بالنظر إلى أن أجهزة ليزر الفونون السابقة كانت تعمل لمدة بضع دقائق فقط في أحسن الأحوال.
الليزر الصوتي: نقطة الانطلاق نحو تطبيقات مبتكرة في مختلف المجالات
تعتبر أجهزة الليزر الصوتية واعدة في مختلف المجالات، وعلى الرغم من ذلك،.. يتطلب بعض الوقت قبل أن تتمكن من منافسة أجهزة الليزر الضوئية في الاستخدامات الواسعة النطاق. هذا ما أشارت إليه مجلة “New Scientist”.
صرح البروفيسور ريتشارد نورتي من جامعة دلفت للتكنولوجيا في هولندا قائلا: “يثير ليزر الفونون الكثير من الاهتمام نظرا لتأثير الليزر الضوئي على الحياة الحديثة،.. ولكن من المهم إدراك أن الوقت سيحدد ما إذا كان لديه نفس التأثير”. وأضاف أن تطوير الليزر الصوتي يتطلب سنوات من البحث والتطوير قبل أن يصبح لديهم تأثير مماثل لليزر الضوئي.
ومع ذلك، يجب الاعتراف بأن لليزر الفونون تطبيقات محتملة في الوقت الحاضر.
في مقال نشر في “المحادثة”، كتب كل من مشكاة بهاتاشاريا، أستاذ مشارك في الفيزياء وعلم الفلك في معهد روتشستر للتكنولوجيا،.. ونيك فاميفاكاس، أستاذ مشارك في البصريات الكمومية وفيزياء الكم في جامعة روتشستر، حول ذلك.
تم تطوير ليزر الفونون في الأصل كأداة للكشف عن المجالات الكهربائية والمغناطيسية والجاذبية الضعيفة،.. التي تؤثر على الموجات الصوتية بطريقة يمكن اكتشافها. ومع ذلك، يأمل الباحثون أن يتم اكتشاف استخدامات جديدة لهذه التكنولوجيا في مجالات مثل الاتصالات والاستشعار،.. بما في ذلك تحليل الكتلة الجزيئية الصغيرة.
ومن الناحية الأساسية، يساهم عملهم في دعم اهتمامات البحث الحالية في فيزياء الكم حول سلوك مجموعات من مليارات الذرات،.. تقريبا العدد الموجود في جسيماتنا النانوية. ويعتبر الليزر أيضا نقطة انطلاق لإنشاء حالات كمومية غريبة مثل حالة قطة شرودنجر المعروفة. هذه التكنولوجيا تسمح للجسيم بالتواجد في مكانين في نفس الوقت، مما يثير اهتماما كبيرا في البحث العلمي.
يعتقد أن الليزر الفونون يمكن أن يكون أكثر فعالية من الليزر التقليدي في تصوير الأنسجة المائية في المجال الطبي الحيوي أو في أجهزة مراقبة أعماق البحار، وذلك وفقا لما نشرته مجلة “نيو ساينتست”.