قامت مجموعة علمية دولية مؤلفة من علماء من جامعة NUST “MISiS” وجامعة البوليتكنيك في تورينو بتطوير نموذج لمادة جديدة من شأنها تحسين دقة أجهزة الاستشعار النانوية في البصريات والطب الحيوي بإخفائها من الإشعاع الخارجي. نُشر مقال حول نتائج الدراسة في مجلة Scientific Reports .يتم تطوير نموذج جديد من أجهزة الاستشعار النانوية التي تحجب المواد الخام في إطار المشروع الروسي الإيطالي ANASTASIA (البنى المتقدمة غير المشعة المنتشرة بشكل مستدام والحفاظ على أنابولات غير مرئية) ، والغرض منها هو نمذجة ثم إعادة إنشاء مثل هذه المواد التي من شأنها أن تجعل الأشياء غير مرئية في مقياس النانو في جميع نطاقات الموجة.
تقول إحدى طالبات الدراسات العليا في مختبر المواد الفائقة الموصلية في NUST MISiS والمؤلف الرئيسي للمقالة ، Anar Ospanova: "إن إخفاء كائن كبير هو في الواقع أسهل من كائن صغير" . - هناك العديد من تقنيات التمويه وتقنيات التخفي. ولكن عندما نتعامل مع الأجسام النانوية - على سبيل المثال ، إبر الاستشعار في الطب الحيوي أو الفيزياء ، يصبح الوضع أكثر تعقيدًا. عادة ما تكون أجهزة الاستشعار النانوية متناسبة مع الأشياء التي تمت دراستها ، وبالتالي ، فإنها تدخل إلى الوسط التي تؤثر عليها بقوة - فهي تغير الضغط فيها ، وتشتت الإشعاع ، ويصبح من الصعب فهم مكان خصائص الإبرة وأين خصائص الجسم نفسه. قررنا "إخفاء" الإشعاع من أجهزة الاستشعار النانوية وبالتالي زيادة دقة عملهم.
العنصر الرئيسي للمادة الميتة التي صاغها العلماء هو جزيء مركب ، يتكون من أربع أسطوانات - عوازل مصنوعة من الليثيوم تانتالايت - LiTaO3 - مع نصف قطر يبلغ 5 ميكرومتر. من خلال تشكيل نوع من القشرة لجهاز الاستشعار النانوي ، تتفاعل العوازل مع الإشعاع ، وتنشأ ما يسمى حالة الأنابول ، وهو مبعثر غير مشع. (الشكل 1). ونتيجة لذلك ، يصبح الكائن غير مرئي لمراقب خارجي (الشكل 2 ج). بشكل فردي ، جميع العناصر - جهاز استشعار نانو وعازل - تشتت الإشعاع وتشوه بشدة صورة المجالات الكهربائية والمغناطيسية (الشكل 2 أ ، ب).
الشكل 1 -
تصور جزيء متكون من مستشعر نانوي - موصل أسطواني معدني (في المنتصف) وأربع أسطوانات - عوازل (على طول الحواف) ، حيث P هي عزم ثنائي القطب الكهربائي للموصل ، T هي اللحظة الحلقية للغمد العازل.
الشكل 2 -
تصور الإشعاع المرئي للعناصر خارج الجزيء وفي شكل جزيء ، حيث (أ) هو العنصر المركزي بدون غلاف ؛ (ب) - عناصر الصدفة بدون عنصر مركزي ؛ (ج) هو العنصر المركزي في القشرة.للحسابات ، استخدمنا موصلًا معدنيًا يبلغ نصف قطره 2.5 ميكرومتر ، لمحاكاة جهاز استشعار نانوي وله انتثار موجة عالية جدًا ، مما سمح لنا بإجراء حسابات لأعلى مستوى إشعاع ممكن. جرت المحاكاة في نطاق تيراهيرتز ، بين نطاقات الأشعة تحت الحمراء والميكروويف.
استخدم العلماء LiTaO3 - lantium tantalate كمواد للجزيء ، على الرغم من أنه يمكن استخدام مواد أخرى اعتمادًا على نطاق التطبيق. في علم النانو ، على سبيل المثال ، سيكون من الممكن العمل مع السيليكون والجرمانيوم.
وفقًا لرئيس مشروع ANASTASIA من جانب NUST “MISiS” ، الأستاذ المساعد أليكسي بشارين ، فإن المادة الخام التي تم إنشاؤها لديها احتمالات لاستخدامها في الطب الحيوي ، على سبيل المثال ، بسبب استخدام كلوريد البوتاسيوم المتوافق مع جسم الإنسان كقشرة.
"هناك عدد من الحالات التي تحتاج فيها إلى التأكد من أن الجسم لا يتفاعل مع الضوء - على سبيل المثال ، عند توصيل الأدوية على مقياس النانو. هدفنا النهائي هو إنشاء جزيء نقي يلتقي فيه التشتت من الجسم والقشرة ، مما يؤدي إلى تحييد بعضها البعض وجعل الكائن غير مرئي في نطاق الموجة المقابل ، "- أليكسي بشارين.
من المقرر إجراء المرحلة التالية من الدراسة - الإنشاء التجريبي للهيكل المقترح في ظروف المختبر - لخريف 2018.
في الوقت الحالي ، اكتسبت الخبرة في إنشاء مواد وأشياء شفافة لنطاق ضيق جدًا من الإشعاع وإخفاء الأشياء فقط بزاوية معينة. المهمة التي حددها المشاركون في مشروع ANASTASIA هي تعميم تجربة إنشاء مثل هذه الهياكل وتطوير نظرية يمكن من خلالها وضع النماذج ثم إنشاء المواد الفوقية التي تخفي الأشياء من أي زاوية وفي نطاق واسع.