ساخت لیزری جدید با قابلیت بازیافت انرژی های از دست رفته

در تحقیقی جدید، دانشمندان از ساخت سیستم لیزری خبر داده‌اند که با تولید ذرات کوانتومی از طریق بازیافت انرژی قابلیت‌های شگفت‌انگیزی را در حوزه فیزیک کوانتوم امکان پذیر می‌کند.

طراحی سیستم لیزری که به کمک بازیافت انرژی از دست رفته کار می‌کند، موضوع تحقیق جدیدی بوده که به تازگی سر و صدای زیادی در دنیای فیزیک کوانتوم و بحث لیزرها به راه انداخته است.

به تازگی دانشمندان دانشگاه کره‌ای کایست (KAIST) خبر ساخت سیستم لیزری مورد نظر با قابلیت تولید ذرات کوانتومی فوق‌العاده واکنشی را منتشر کرده‌اند. این سیستم در دمای اتاق کار خود را انجام می‌دهد و مقاله مرتبط با کشف اخیر هم به تازگی منتشر شده است.

این احتمال مطرح شده که کشف مورد نظر امکان ساخت سیستم‌های لیزری میکرو حفره را فراهم می‌کند که با میزان انرژی پایین‌تر، حتی در زمان افزایش هدر رفت کار می‌کنند.

محققان کایست برای بازیافت انرژی با سیستم جدید خود نور لیزر را از درون یک میکرو حفره شش ضلعی عبور دادند. این میکرو حفره دارای یک زیر لایه سیلیکون نیترید بود که از لحاظ هدر رفت انرژی تنظیم شده بود.

نکته شگفت‌انگیز در مورد کشف اخیر عدم نیاز به دمای فوق‌العاده سرد به منظور تولید پرتو لیزر مورد نظر بوده و دانشمندان کره‌ای می‌گویند که اختراع آن‌ها در دمای اتاق لیزر پلاریتون را تولید می‌کند.

به علاوه، دانشمندان کشف کردند که با وجود تلف شدن مقدار زیادی انرژی به هنگام تولید پرتوی لیزر، سیستم جدید مقدار انرژی مورد نیاز را با وجود افزایش میزان هدر رفت کاهش می‌دهد.

بازیافت انرژی با لیزر

طبق اطلاعات موجود، کشف دانشمندان کایست می‌تواند در آینده به ساخت لیزری کمک کند که با وجود بهره‌گیری از میزان انرژی دریافتی بالا، برای وسایل دیداری کوانتومی کاربرد داشته باشد. در این سیستم لیزری از پدیده‌ای در فیزیک کوانتوم به نام تقارن معکوس زمان-برابری استفاده شد.

این پدیده امکان استفاده از انرژی از دست رفته را فراهم می‌کند و عملا با بازیافت انرژی کارایی تجهیزات تصویری و همچنین سنسورهایی که تاکنون مورد استفاده ما بوده را بالا می‌برد. از طرف دیگر تقارن معکوس زمان-برابری اجازه کنترل جهت نور را هم به ما می‌دهد.

به گفته دانشمندان، کلید اصلی در میسر شدن امکان به وجود آوردن سیستم لیزری جدید طراحی درست و استفاده از مواد اولیه کارآمد است؛ وقتی پرتو نور به داخل میکرو حفره ساخته شده وارد می‌شود، بخشی از آن وارد مثلث رو به بالای شش ضلعی شده و بخش دیگر هم از مثلث پایین رد می‌شود. هر دو بخش نور تجزیه شده میزان انرژی یکسانی دارند اما با هم تداخلی نخواهند داشت.

میکرو حفره موردنظر با استفاده از نیمه‌رساناها ساخته‌شده و عبور نور از داخل آن باعث بروز واکنش میان ذرات نور و ذرات دیگری به نام اگزیتون (exciton) می‌شود؛ همین واکنش ذرات کوانتومی جدیدی به نام پلاریتون را تولید می‌کند و در نهایت، کنار هم گذاشتن این ذرات باعث پدید آمدن لیزر پلاریتون می‌شود.

دانشمندان کشف کرده‌اند که برای بازیافت انرژی از این طریق باید میزان هدر رفت بین لایه نیمه‌رسانا و میکرو حفره را کنترل کنند و در نتیجه، با این کار با افزایش اتلاف انرژی آستانه انرژی مورد نیاز لیزر کم خواهد شد.