قام فريق من العلماء، بقيادة البروفسور يوري راكوفيتش من الجامعة الوطنية للأبحاث النووية "ميفي" ولأول مرة بتصميم مرنان صغير للغاية، وذلك من أجل خلق حالة الطاقة الهجينة بين الضوء والمادة، التي تسمح التحكم بالخواص الكيميائية والبيولوجية للجزيئات من خلال الضوء.

إن المرنان الصغير المتطور هو عبارة عن مصيدة للضوء، وهو على شكل مرآتين، يبعد أحدهما عدة مئات من النانومترات عن الآخر. وعندما يدخل كم من الضوء إلى هذه المصيدة، فإنه يشكل حالة مترجمة للموجة الكهرومغناطيسية. ومن خلال تغيير شكل وحجم المرنان، من الممكن التحكم في التوزيع المكاني للموجة الكهرومغناطيسية وعمر الفوتون في المرنان، علماً أنه تم نشر نتائج الدراسة في المجلة العلمية المرموقة Review of Scientific Instruments وإن المقال تم إدراجه ضمن عدد من الأبحاث المهمة.

ويتيح التصميم الجديد التحكم في الخواص الكيميائية والبيولوجية للجزيئات بمساعدة الضوء. ويتم تحديد الأهمية العملية للدراسة إلى حد كبير من خلال التفرد في تصميم الهيكل المتطور. فمن الممكن على أساس المرنان الصغير، إنشاء أجهزة الجيل الجديد للاستخدام في الاستشعار البيولوجي والكيميائي، والسيطرة على سرعة التفاعلات الكيميائية وكفاءة نقل الطاقة.

وأوضح الباحثون خلال مقابلة مع وكالة "ريا نوفستي" بأن التقييم العالي للجهاز يرجع إلى الحداثة والكفاءة والتنوع في تصميمه، فضلاً عن تفرد خصائص المرنان الصغير من أجل إجراء الأبحاث.

بين الضوء والمادة

إن تفاعل الرنين بين إشعاعات الكمومية والمجال الكهرومغناطيسي المحلي مثير للاهتمام، أولاً وقبل كل شيء، بفضل القدرة على التحكم في خصائص الحالات الهجينة للمادة المضيئة. في مثل هذه الأنظمة، يشكل الضوء والمادة حالة وسيطة ذات خصائص متغيرة. علاوة على ذلك، يمكن التحكم في خصائص الحالات الهجينة بواسطة الأشعة الضوئية. وإن إحدى الطرق للحصول على مثل هذه الحالات هي وضع الجزيئات المشعة أو الممتصة في المرنان.

ووفقا للعلماء فإن هذا التصميم للمرنان الصغير يبسط بشكل كبير ويعمل على توسيع مثل هذه الأبحاث، ويسمح بدراسة تفاعل الضوء مع المادة في أوضاع كل من الاتصال القوي والضعيف لعينات من أي مادة تقريباً في النطاق الطيفي بدءاً من الأشعة فوق البنفسجية وانتهاءً بالأشعة تحت الحمراء.

وفي هذا الإطار، قال البروفسور يوري راكوفيتش كبير الباحثين في مختبر المواد النانوية الضوئية الهجينة خلال مقابلة مع وكالة "ريا نوفوستي"، إن الجهاز هو عبارة عن مرنان صغير فابري بيرو  (λ2)، ويتكون من المرايا المسطحة والمحدبة، التي تضمن حالة التوازي المسطح من نقطة واحدة على الأقل على سطح هذا الأخير. إنها مصيدة للضوء مصنوعة على شكل اثنتين من المرايا، متباعدة على مسافة أقل من الطول الموجي للضوء.

عندما يدخل كم من الضوء إلى هذه المصيدة أو يشع بواسطة مصدر ضوء داخل المرنان، فإنه يبدأ الحركة بقوة، وينعكس بشكل متكرر من المرايا. ونتيجة لذلك، من الممكن توصيل الفوتونات وحالات الطاقة الخاصة بالمرنان الصغير.

وأشار يوري إلى أنه من خلال تغيير شكل وحجم المرنان، وكذلك معاملات انعكاس المرايا، فمن الممكن التحكم بخصائص الضوء وكفاءة مثل هذه المصيدة.

إن جهاز المرنان المطور سهل الاستخدام، وآلية عمله بسيطة بما يكفي لتأسيس إنتاجه الصناعي. ويمكن استخدام المرنان الصغير ليس فقط لتصميم أجهزة للتحكم في سرعة التفاعلات الكيميائية، ولكن أيضاً لتطوير مصادر الضوء ذات الكفاءة العالية وأجهزة الليزر الجديدة مع عتبة منخفضة للتحكم.

ومن المتوقع أن يفتح استخدام هذا الجهاز آفاقا جديدة لدراسة تأثير آثار الاتصال القوي والضعيف على تبعثر رامان، وعلى سرعة التفاعلات الكيميائية والنفاذية الكهربائية والمولد الليزري وغيرها من الوظائف الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية. وفي هذا السياق أشار الباحث دميتري دوفجنكو خلال حديثه مع وكالة "ريا نوفوستي" إلى أن هذه ستكون أيضاً خطوة هامة في تطوير مجموعة متنوعة من التطبيقات العملية، الخاصة بتأثير الاتصال الضوء-المادة، قبل كل شيء لتعديل العمليات الفيزيائية والكيميائية والبيولوجية.

تعتبر الجامعة الوطنية للأبحاث النووية "ميفي" عضواً مشاركاً في البرنامج الفيدرالي لتحسين القدرة التنافسية للجامعات الروسية (مشروع 5-100)، الذي يهدف لتعزيز القدرات البحثية للجامعات الروسية وتطوير البحوث ذات الصلة، وتكامل التعليم وريادة الأعمال والابتكار، فضلاً عن التفاعل المثمر للبحوث الجامعية والشركاء الصناعيين.