25 آگوست 2022 – توسط دانشگاه صنعتی وین
در طرح فوق راه اندازی “تله نور” نشان داده شده است که شامل یک آینه نیمه شفاف، یک جاذب نازک و ضعیف، دو عدسی همگرا و یک آینه کاملاً بازتابنده است. به طور معمول، بیشتر پرتو نور فرودی منعکس می شود. با این حال، به دلیل اثرات تداخل دقیقاً محاسبه شده، پرتو نور فرودی با پرتو نوری که بین آینه ها بازتاب می شود تداخل می کند، به طوری که پرتو نور بازتاب شده در نهایت به طور کامل خاموش می شود. انرژی نور به طور کامل توسط جاذب نازک و ضعیف جذب می شود. اعتبار TU Wien
چه در فتوسنتز و چه در سیستم فتوولتائیک: اگر می خواهید از نور به طور موثر استفاده کنید، باید آن را تا حد امکان به طور کامل جذب کنید. با این حال، اگر قرار باشد جذب در لایه نازکی از مواد انجام شود که به طور معمول به بخش بزرگی از نور اجازه عبور می دهد، این کار دشواری است.
اکنون، تیم‌های تحقیقاتی از TU Wien و از دانشگاه اورشلیم یک ترفند شگفت‌انگیز پیدا کرده‌اند که به پرتوی نور اجازه می‌دهد حتی در نازک‌ترین لایه‌ها به طور کامل جذب شود: آنها یک “تله نور” در اطراف لایه نازک با استفاده از آینه و آینه ایجاد کردند. عدسی‌هایی که در آنها پرتو نور به صورت دایره‌ای هدایت می‌شود و سپس روی خود قرار می‌گیرد – دقیقاً به گونه‌ای که پرتو نور خود را مسدود می‌کند و دیگر نمی‌تواند از سیستم خارج شود. بنابراین، نور چاره ای جز جذب شدن توسط لایه نازک ندارد – هیچ راه خروجی دیگری وجود ندارد.
این روش جذب-تقویت، که اکنون در مجله علمی Science ارائه شده است، نتیجه همکاری بین دو تیم است. این رویکرد توسط پروفسور اوری کاتز از دانشگاه اورشلیم پیشنهاد شده و با پروفسور استفان مفهوم‌سازی شده است. این آزمایش توسط تیم آزمایشگاهی در اورشلیم انجام شد و محاسبات نظری از تیمی در وین انجام شد.
لایه های نازک به نور شفاف هستند
پروفسور استفان روتر از موسسه فیزیک نظری در TU Wien می گوید: «جذب نور زمانی که به جسم جامد برخورد می کند آسان است. یک جامپر پشمی مشکی ضخیم می تواند به راحتی نور را جذب کند. اما در بسیاری از کاربردهای فنی، شما فقط یک لایه نازک از مواد در دسترس دارید و می خواهید نور دقیقاً در این لایه جذب شود.
قبلاً تلاش هایی برای بهبود جذب مواد صورت گرفته است: به عنوان مثال، مواد را می توان بین دو آینه قرار داد. نور بین دو آینه به عقب و جلو بازتاب می شود و هر بار از مواد عبور می کند و در نتیجه شانس بیشتری برای جذب دارد. با این حال، برای این منظور، آینه ها نباید کامل باشند – یکی از آنها باید تا حدی شفاف باشد، در غیر این صورت نور به هیچ وجه نمی تواند به منطقه بین دو آینه نفوذ کند. اما این بدان معناست که هرگاه نور به این آینه نیمه شفاف برخورد کند، مقداری از نور از بین می رود.
نور خود را مسدود می کند
برای جلوگیری از این امر می توان از خواص موجی نور به روشی پیچیده استفاده کرد. پروفسور اوری کاتز می‌گوید: «در رویکرد خود، ما می‌توانیم همه بازتاب‌های عقب را با تداخل موج لغو کنیم. هلموت هورنر، از دانشگاه TU Wien، که پایان نامه خود را به این موضوع اختصاص داده است، توضیح می دهد: “در روش ما نیز، نور ابتدا روی یک آینه نیمه شفاف می افتد. اگر به سادگی یک پرتو لیزر را روی این آینه بفرستید، به دو قسمت تقسیم می شود. قسمت بزرگ‌تر منعکس می‌شود، قسمت کوچک‌تر به آینه نفوذ می‌کند.»
این قسمت از پرتو نوری که به آینه نفوذ می کند اکنون از لایه مواد جاذب فرستاده می شود و سپس با عدسی و آینه دیگر به آینه نیمه شفاف باز می گردد. نکته مهم این است که طول این مسیر و موقعیت عناصر نوری به گونه ای تنظیم شود که پرتو نور برگشتی (و بازتاب های متعدد آن بین آینه ها) دقیقاً پرتو نوری را که مستقیماً در آینه اول منعکس می شود خنثی کند.
دو پرتو جزئی به‌گونه‌ای همپوشانی دارند که نور خود را مسدود می‌کند، به‌طوری‌که بگوییم: اگرچه آینه نیمه‌شفاف به تنهایی بخش بزرگی از نور را منعکس می‌کند، اما این انعکاس با عبور قسمت دیگر پرتو از میان سیستم قبل از بازگشت به آینه نیمه شفاف نور غیرممکن می‌شود..
بنابراین، آینه ای که قبلاً تا حدی شفاف بود، اکنون برای پرتو لیزر فرودی کاملاً شفاف می شود. این یک خیابان یک طرفه برای نور ایجاد می کند: پرتو نور می تواند وارد سیستم شود، اما دیگر نمی تواند به دلیل برهم نهی قسمت بازتابیده و بخشی که از طریق سیستم در یک دایره هدایت می شود، فرار کند. بنابراین نور چاره‌ای جز جذب ندارد – کل پرتو لیزر توسط یک لایه نازک بلعیده می‌شود که در غیر این صورت به بیشتر پرتو اجازه عبور می‌دهد.
استفان روتر می گوید: «سیستم باید دقیقاً مطابق با طول موجی که می خواهید جذب کنید تنظیم شود. اما جدای از آن، هیچ محدودیتی وجود ندارد
