القراءة الموجَّهة:
تعاونت جامعة Würzburg مع الفيزيائيين في جامعة Rostock لتطوير جهاز قمع بصري. باستخدام الآلية الفيزيائية لـ “تأثير الجلد غير هرميتي” ، يمكن لفريق البحث بقيادة البروفيسور ألكسندر شاميت في جامعة روستوك تركيز إشارة الضوء في الألياف البصرية طولها 10 كيلومتر في نقطة محددة ، مما يحقق “القمع البصري”. يمكن استخدامه كمنصة جديدة لأجهزة الاستشعار البصرية فائقة الحساسية. البروفيسور روني ثوماله هو أستاذ في فيزياء المادة المكثفة النظرية في جامعة Julius-Maximilian في Würzburg. اكتشاف ووصف نظري لحالات المادة الكمية الجديدة هو واحد من مجالات بحثه الرئيسية. “في ممارسة الفيزياء النظرية ، يعتبر تطوير نظرية لظاهرة فيزيائية جديدة ثم البحث عن تجارب جديدة لتحفيز هذا التأثير من أكثر اللحظات إثارة للاهتمام” ، قال. “
خلفية البحث:
أصبحت المسألة التوبولوجية واحدة من أنشط المجالات في الفيزياء الحديثة. مصطلح التوبولوجيا ، الذي يأتي من اللغة اليونانية القديمة ويعني “التعلم” و “المكان” ، هو تخصص يستند إلى الرياضيات وانتشر الآن على نطاق واسع في الفيزياء ، بما في ذلك البصريات.المواد التوبولوجية ، جنبًا إلى جنب مع المواد الاصطناعية الأخرى ، تشكل اتجاه بحث أوسع – — المواد التوبولوجية.ليس راضيين عن المكونات الفيزيائية والكيميائية التي تقدمها الطبيعة ، طور الفيزيائيون بلورات اصطناعية تتكون من درجات حرية مصممة بشكل اصطناعي. يختار القمع الضوئي ، الذي طوره ثوماله وشاميت ، أليافًا توبولوجية توصل الضوء عبر الألياف بينما تسمح بالدقة المكانية التفصيلية.عند التعامل مع الأنظمة الدورية ، يُقرَّب غالبًا على أنها “توسيع لا نهائي” ، لأن التغييرات الصغيرة عند الحدود لا تتسبب في انحراف واضح للنظام. ومع ذلك ، تم اقتراح مؤخرًا أنه عندما لا تكون الخصائص الغير هرميتية في بعض الأنظمة ناتجة عن الفوز والخسارة ، ولكن من وجود واجهة في شبكة متجانسة تؤدي إلى تموضع جميع وسائط الاقتصاد على تلك الواجهة ، يُطلق على هذه الظاهرة اسم “تأثير الجلد غير هرميتي” .لقد أثار هذا التأثير جدلاً حادًا في الأنظمة التوبولوجية الغير هرمية حول صلاحية الحدود الجسدية المقابلة للـ BBC. BBC هو مفهوم مهم في الفيزياء التوبولوجية ، حيث يتطلب وجود الأجسام والحدود أن يتوافق الجسمان ويمكن استخدام كمية الأجسام لتوقع خصائص الحدود.حقق الفريق شبكة فوتونية غير هيرميتية من خلال التحكم في الاقتران الغير متجانس. ظهور الواجهة يؤدي إلى انهيار طيف الوضع الكامن كله والتموضع التسلسلي لجميع الأوضاع على الواجهة.لذا فإن أي مجال ضوئي في الشبكة ، بغض النظر عن شكله وموضع إدخاله ، يتجه نحو هذه الواجهة ، وهو ظاهرة توبولوجية معروفة باسم “تأثير الجلد غير هرميتي” .استنادًا إلى هذه الظاهرة ، قدم الفريق قمعًا ضوئيًا فعالًا يمكنه تركيز إشارات الضوء من خلال ألياف بصرية طولها 10 كيلومتر في نقطة محددة ويمكن تطبيقه على أجهزة الاستشعار البصرية فائقة الحساسية.
البحث المبتكر: – تركيز إشارة الضوء في ألياف طولها 10 كيلومتر
حقق الفريق تأثيرًا يعرف باسم “القمع البصري”: استنادًا إلى “تأثير الجلد غير هرميتي” ، يمكن تركيز إشارات الضوء في ألياف بصرية طولها 10 كيلومتر في نقطة محددة في السلك. الطريقة المحددة هي كما يلي: عن طريق التحكم في الاقتران غير المتجانس في حلقة الألياف البصرية ، يتم ربط الشبكة باتجاهات مختلفة من الاختلاف في التوجيه لإنتاج تأثير القمع الضوئي. يعتمد هذا التأثير على تأثير الجلد غير الهرمي الناجم عن الاقتران غير المتجانس وخصائصه التوبولوجية غير التافهة. هذا العمل يمكّن الناس من فهم تأثير الجلد ضمن إطار الحالة التوبولوجية للمادة. قارن الفريق نموذجين: 1- نموذج SSH الهرمي (الشكل 2A) ، المكون من سلاسل شبكية مقترنة بالجوار مع ثوابت اتصال بديلة ، مع اتصال بديل ومتجانس متناوب ، كما هو موضح بالظلال المختلفة للسهام البرتقالية. (2) نموذج تأثير الجلد (الشكل 2B) ، مع اتصال غير متجانس متناوب ، كما يوضح السهام السوداء ذات الأحجام المختلفة ، تؤدي هذه التفردية إلى الهرمي الغير متجانس.