طور الباحثون طريقة جديدة لاستخدام التسخين بالليزر لإنتاج مواد مغناطيسية شفافة. يعد هذا الإنجاز أمرًا بالغ الأهمية لتكامل المواد المغناطيسية الضوئية مع الدوائر الضوئية، وهو ما يمثل تحديًا كبيرًا في هذا المجال. ومن المتوقع أن يؤدي هذا المشروع إلى تطوير العوازل المغناطيسية الضوئية المدمجة، وأجهزة الليزر الدقيقة، وشاشات العرض عالية الدقة، والأجهزة البصرية الصغيرة.
استخدم فريق بحث ياباني تقنية جديدة للتسخين بالليزر لدمج مواد مغناطيسية شفافة في المسار البصري، مما يمهد الطريق لأجهزة اتصال بصرية متقدمة.
طور الباحثون في جامعة توهوكو ومعهد تويوهاشي للتكنولوجيا طريقة جديدة لاستخدام التسخين بالليزر لإنشاء مواد مغناطيسية شفافة، وهو تقدم كبير في التكنولوجيا البصرية. يوفر هذا الاختراق، الذي نُشر مؤخرًا في مجلة Optical Materials، طريقة جديدة لدمج المواد المغناطيسية الضوئية في الأجهزة البصرية، وهو تحدي طويل الأمد في هذا المجال.
وقال تايتشي غوتو، الأستاذ المشارك في معهد تكنولوجيا الكهرباء والاتصالات (RIEC) في جامعة توهوكو والمؤلف المشارك لتقرير البحث: "إن مفتاح هذا الإنجاز هو استخدام تكنولوجيا التسخين بالليزر المتخصصة لإنشاء مادة مغناطيسية شفافة "عقيق حديد الإيتريوم المستبدل بالسيريوم (Ce:YIG). هذه الطريقة تحل المشكلة الرئيسية المتمثلة في دمج المواد المغناطيسية الضوئية مع الدوائر الضوئية دون الإضرار بها - وهي المشكلة التي أعاقت التقدم. تصغير معدات الاتصالات البصرية."
تعتبر العوازل المغناطيسية الضوئية ضرورية لضمان اتصالات بصرية مستقرة. وهي بمثابة هراوات المرور للإشارات الضوئية، حيث تسمح للإشارة الضوئية بالتحرك في اتجاه واحد دون الاتجاه الآخر. يعد دمج هذه العوازل في الدوائر الضوئية القائمة على السيليكون أمرًا صعبًا بسبب العمليات ذات درجات الحرارة المرتفعة التي تتضمنها عادةً.
في مواجهة هذه المشكلة، ركز جوتو وزملاؤه اهتمامهم على التلدين بالليزر، وهي تقنية تعمل على تسخين مناطق معينة من المادة بشكل انتقائي باستخدام الليزر. وهذا يسمح بالتحكم الدقيق، مما يؤثر فقط على المنطقة المستهدفة وليس المناطق المحيطة بها.
استخدمت الأبحاث السابقة هذه الطريقة لتسخين أفلام عقيق حديد الإيتريوم (Bi: YIG) المستبدلة بالبزموت بشكل انتقائي والمترسبة على المرايا العازلة. وهذا يسمح لـ Bi: YIG بالتبلور دون التأثير على المرآة العازلة.
ومع ذلك، تعتبر Ce:YIG مادة مثالية للأجهزة البصرية نظرًا لخصائصها المغناطيسية والبصرية، ولكن ظهرت بعض المشكلات عند استخدام Ce:YIG بسبب التفاعلات الكيميائية غير المرغوب فيها الناتجة عن التعرض للهواء.
ولتجنب ذلك، صمم الباحثون جهازًا جديدًا يستخدم الليزر لتسخين المواد في الفراغ (أي بدون هواء). وهذا يسمح بالتسخين الدقيق للمناطق الصغيرة (حوالي 60 ميكرون) دون تغيير المواد المحيطة.
وأضاف غوتو: "من المتوقع أن تسهل المواد المغناطيسية الشفافة التي تم إنشاؤها بهذه الطريقة إلى حد كبير تطوير العوازل المغناطيسية الضوئية الصغيرة، والتي تعتبر ضرورية للاتصالات البصرية المستقرة. بالإضافة إلى ذلك، فإنها تفتح الطريق أمام تصنيع أجهزة ليزر ميكروية قوية، وشاشات عالية الدقة وأجهزة بصرية صغيرة."
مراجع "التليين بالليزر الفراغي لأفلام عقيق حديد الإيتريوم المستبدل بالسيريوم البصري" بقلم هيبيكي مياشيتا، ويوكي يوشيهارا، وكانتا موري، وتاكومي كوغوتشي، وبانغ بوي ليم، وميتسوترو إينو، وكازوشي إيشياما، وتايتشي غوتو، 14 نوفمبر 2023، "المواد البصرية".
دوى:10.1016/j.optmat.2023.114530
المصدر المجمع: ScitechDaily