صمم العلماء الصينيون "شريحة ضوئية" تقلل من سرعة الضوء بنحو 10 آلاف مرة، ما قد يؤدي إلى تعزيز الأداء الصيني في مجال استشعار الضوء والاتصالات والحوسبة، إذ تعمل بكين في السنوات الأخيرة على تحسين أدائها التكنولوجي، خاصة بعد الحصار الذي فرضته أمريكا وحلفاؤها عليها لعرقلة حصولها على الرقائق المتطورة.
عرقلة التقدم الصيني
مع بداية العام الجديد، وفي ظل الضغوط الأمريكية المستمرة، اتخذت هولندا وبريطانيا العديد من الإجراءات لفرض قيود على وصول تكنولوجيا أشباه الموصلات المتقدمة إلى الصين، كما منعت وزارة الأعمال البريطانية الغالبية العظمى من طلبات الترخيص للشركات التي تسعى إلى تصدير تكنولوجيا أشباه الموصلات إلى الصين، حسبما أوضحت أرقام مراقبة الصادرات.
من جانبه، طالب وانج وينبن، المتحدث الرسمي باسم وزارة الخارجية الصينية، الحكومة الهولندية باحترام مبادئ السوق والقانون، والتزام الحياد، واتخاذ إجراءات عملية لحماية المصالح المشتركة لبلديهما، والحفاظ على استقرار سلاسل التوريد الدولية. حسبما ذكرت شبكة "جلوبال تايمز" الصينية.
سلاح الصين الجديد
بحسب صحيفة "ساوث تشاينا مورنينج بوست"، اكتشف علماء صينيون طريقة جديدة لإبطاء سرعة الضوء على شريحة ضوئية بمعدل يزيد على 10 آلاف مرة، ما يعني إمكانية تحسين أداء هذه الشرائح الضوئية وتطبيقاتها في مجالات الاستشعار الضوئي والاتصالات والحوسبة، بعد ما قام فريق من معهد "شنتشن" للتكنولوجيا المتقدمة، التابع لأكاديمية العلوم الصينية، بإجراء هذا البحث. ونشروا نتائجه في المجلة العلمية "نانو ليترز" في 5 يناير.
مقارنة مع الرقائق الإلكترونية
وبالنظر إلى طريقة عمل الرقائق الضوئية، نرى أنها تعتمد على استخدام الضوء والأشعة تحت الحمراء لنقل الإشارات والمعلومات. بالإضافة إلى استخدام الألياف البصرية لتوجيه الضوء وتحويله إلى إشارات ضوئية. أما الرقائق الإلكترونية، فتعتمد على استخدام التيار الكهربائي والمجالات الكهرومغناطيسية لنقل الإشارات والمعلومات. كما تستخدم الدوائر الإلكترونية والترانزستورات والمكونات الإلكترونية الأخرى.
وبالحديث عن التكلفة، تعد الرقائق الضوئية عادةً أكثر تكلفة من الرقائق الإلكترونية. إذ يتطلب بناء الألياف البصرية وأجهزة الإرسال والاستقبال التي تعمل بالضوء تكلفة عالية إلى جانب مواد خاصة.
كيف يعمل؟
تستخدم الشرائح الضوئية الفوتونات "أشعة كهرومغناطيسية" بدلًا من الإلكترونات في دوائرها. وعند استخدامها للحساب، تقترب دقتها من دقة الشرائح الإلكترونية، لكن الشرائح الضوئية لها ميزة استهلاك طاقة أقل وسرعة أعلى.
وفي حين أن سرعة الضوء في الفراغ ثابتة ولا يمكن تجاوزها، فإنه يمكن إبطاؤها في وسائط أخرى، ما يعني أنه يمكن التلاعب بها أكثر، وهو أمر حاسم في تصميم الشرائح الضوئية.
وقال الدكتور لي جوانجيوان، الباحث في الهندسة الضوئية بمعهد "شنتشن" والمشرف على الدراسة: "عندما يبطئ الضوء، تزداد كثافة طاقة الضوء، وهذا يعني أنه مع نفس طول الجهاز، تصبح المسافة الفعالة لتفاعل الضوء أطول؛ ما يعزز أداء الجهاز الضوئي".
وتعتمد الطريقة السائدة حاليًا للتحكم في سرعة الضوء على المسطحات الفلكية - وهي مواد اصطناعية مكونة من هياكل نانو- وعندما يصطدم الضوء بهذه الهياكل يتردد، ما يغير من شدته وطوره.
لكن امتصاص المواد وتشتت الضوء الناتج عن هذه الذرات الاصطناعية يمكن أن يؤدي إلى فقدان الضوء الذي يقلل من عمر الفوتونات، ما يحد من مدى إبطاء سرعة الضوء، وللتغلب على ذلك، قام فريق لي بتحسين المواد المستخدمة والتصميم الهيكلي.
حيلة جديدة
قال "لي": "من حيث اختيار المواد المستخدمة، اخترنا مواد ذات خسارة امتصاص منخفضة أو حتى معدومة في أطوال الموجات المهمة. على سبيل المثال، تمتص المعادن بقوة في طيف الأشعة تحت الحمراء، لذلك استخدمنا مواد سيليكون خالية من الخسارة. ومع ذلك، يمتص السيليكون بقوة في طيف الضوء المرئي، لذلك في تلك الحالات، استخدمنا مواد شفافة مثل نتريد السيليكون أو ثاني أكسيد التيتانيوم".
ومن حيث التصميم الهيكلي، حسن الباحثون من مفهوم يسمى الرنين الشبكي السطحي، والذي ينطوي على نمط سطحي دوري لمنع خسارة الطاقة.
وقال "لي" المشرف على الدراسة: "صممنا هيكلًا سطحيًا دوريًا من أقراص سيليكون نانومترية بحجم 100 نانومتر. هذا التصميم يحوّل مسار الضوء من داخل هياكل النانو إلى سطوحها، ما يقلل بشكل كبير من خسارة امتصاص المواد، إضافة إلى ذلك، يتم استرداد بعض الفوتونات التي تضيع بسبب التشتت من قِبل الهياكل المجاورة، وإعادتها إلى عملية الانتشار وتمديد عمر الفوتون".