در ماه جولای، دانشمندان دانشگاه دارمشتات آلمان موفق به توقف کامل نور درون یک کریستال شدند. برخی از اشعه های نور (در این مورد از سوی یک لیزر) با سرعت جامع محدود به ۳۰۰ میلیون متر در هر ثانیه حرکت می کردند و سپس هنگامی که این اشعه ها وارد کریستال شدند، امواج آن ها به سادگی از حرکت باز ایستادند و متوقف شدند. این فوتون ها می توانند در درون کریستال حفظ و ذخیره شده و از آن در یک دقیقه بازیابی شوند و این مورد موجب ایجاد اولین حافظه نوری امکان پذیر برای استفاده در شبکه های کوانتومی بزرگ شده است. این پیشرفت تنها بانوع کریستال به کار برده شده توسط این دانشمندان امکان پذیر خواهد بود و کریستال مورد استفاده نیز با توجه به پیشرفت های اخیر در علم مواد ایجاد شده است.
در علم مواد، زمینه ای وجود دارد که به عنوان مهندسی مواد شناخته شده است و این عرصه، به مطالعه ی خواص مواد می پردازد. به طور خلاصه، این زمینه ی علمی بر نحوه ی تاثیر ساختار مواد بر خواص خود در یک مقیاس اتمی متمرکز شده است. از آن جایی که علم مواد بدنبال توانا شدن در بررسی و دستکاری ماده در مقیاس نانو می باشد و در حال حاضر، ابزارها و ماشین آلات ما تنها در ابتدای راه دسترسی به این سطح ضروری از ظرافت و درستی قرار دارند، بنابراین مهندسی مواد، یک زمینه ی علمی نسبتا جدید به حساب می آید. در نتیجه چند سالی طول کشیده تا در نهایت دانشمندان و مهندسان کشف کنند که در تحقیقات آن ها، مواد مختلف چرا و چگونه رفتاری از خود نشان می دهند و از آن مهم تر، از دانش های نوظهور خود برای ایجاد مواد جدیدی که به روش های شگفت انگیز و عجیبی رفتار می نمایند، استفاده کنند.
حال می خواهیم در مورد کریستال حافظه سبک صحبت کنیم. ماده جدید استفاده شده در این نوع حافظه، سیلیکات ایتریم می باشد که با پراسئودیمیوم (یک عنصر خاکی کمیاب) تخدیر شده است. این کریستال به طور خاصی طراحی شده به طوری که تنها هنگامی که توسط یک لیزر تحریک شود، شفاف می باشد (شفافیت ناشی از الکترومغناطیس و یا به صورت علمی به آن EIT می گویند). هنگامی که این کریستال درخشان نباشد، به حالت مات باقی می ماند. بنابراین نور ناشی از یک منبع دوم (مانند داده های دیجیتال وارد شده به کریستال از یک کابل فیبر نوری) می تواند درون کریستال به دام بیافتد.
ممکن است تصور کنید که این ویژگی نسبتا شگرف می باشد، اما باید گفت که علم مواد در چند سال گذشته ما را با مواد نیمه جادویی زیادی آشنا کرده که توقف نور در برابر آن ها بسیار پیش پا افتاده به نظر می رسد. موادی از قبیل گرافن (گرافین)، نانوتیوب های کربن، مولیبدنیت، متامواد، پوشش خود ترمیم غیرجاذب مواد نفتی که به عنوان مواد شگفت انگیز محسوب می شوند و می توانند در همه بخش ها از تراشه های کامپیوتری گرفته تا اکتشافات فضایی تحول عظیمی ایجاد نمایند و حتی می توانند منجر به ایجاد پوشش های نامرئی نیز شوند.
مواد شگفت انگیز
از آنجا که تقریبا تعداد محدودی شیوه برای آراستن چیدمان اتم ها و دیگر ویژگی های در مقیاس نانو (مانند شیار و چرخش های کوچک در مقیاس نانومتر) وجود دارد، مواد شگرف می توانند هر تعداد از خواص شگفت انگیز و مرموز را تقلید نمایند. گرافن که به سختی یک دوره از کشف آن در سال ۲۰۰۴ می گذرد، از قوی ترین و رساناترین مواد شناخته شده برای بشر است و با این حال تمامی آن یک لایه کوچک از اتم های کربن است که به صورت مکانیکی از یک تکه گرافیت (همانطور که در نوک مداد خود می بینید) تراشیده شده است (تراشیدن اصطلاحی در علم است که معادل عبارت "حذف با یک تکه نوار چسبنده" می باشد).
هر چند با وجود ویژگی های خارق العاده آن، خواص گرافن به طور کامل به سمت مادر طبیعت و پیوند سراسری کربن-کربن (که بدون آن زندگی وجود نداشت) برمی گردد. از سوی دیگر متاموادها موادی هستند که برای داشتن ویژگی هایی که به طور طبیعی یافت نمی شود مانند انکسار منفی، طراحی شده اند. با ایجاد الگوها و مسیرهایی که دقیقا به شکل و اندازه و مقیاس درست و مناسب برای ایجاد انحراف در بسامد خاصی از امواج نور هستند، می توان شیوه ای را پیاده کرد که در آن نور به صورت عجیبی رفتار کند. به طور کلی زمانی که نور از یک محیط به محیطی دیگر انتقال پیدا می کند (برای مثال از هوا به آب)، همیشه در یک حالت ویژه شکسته می شود (به طور مثال اشیا در زیر آب کج به نظر می رسند). انکسار منفی به نور اجازه می دهد که در مسیر مخالف کج شود و به ظاهر قانون اِسْنِل را می شکند، این قانون برای ۱۰۰۰ سال است که پابرجا می باشد.
کشف انکسار منفی منجر به ایجاد تعداد انگشت شماری از پوشش های نامرئی برای اولین بار شده است که به طور یکپارچه موجب خمیدگی و شکستن نور و دیگر تابش های الکترومغناطیسی موجود در اطراف می شود. این پوشش ها هنوز کاربردی نشده اند و برای ترک آزمایشگاه و ورود به دنیای واقعی هنوز بسیار بزرگ و غیر ممکن هستند اما احتمالا مدت زمان زیادی طول نخواهد کشید تا بتوان به وسیله متاموادها شنل نامرئی هری پاتر را تولید کرد.
ساخت و مشاهده
در بیشتر قسمت های صنعت نیمه هادی ها، باید مدیون ساخت و ساز همین مواد شگرف بود. به طور کلی ایجاد و دستکاری مواد شگرف دربردارنده تجهیزاتی است که در سطح اتمی عمل می نمایند و دستگاه هایی که تراشه های کامپیوتری را ایجاد می کنند، از پیچیده ترین ابزارهایی هستند که تاکنون به دست بشر ساخته شده است. با تراشه های پیشرفته ای همچون هاسول و ایوی بریج ۲۲ نانومتری اینتل، لایه هایی از سیلیکون و اکسیدهای فلزی وجود دارند که می توانند در تعداد اتم ها به جای نانومترها اندازه گیری شوند. به همین ترتیب این مواد شگفت انگیز اغلب مدیون خواص عجیب برای الگو بودن خود هستند.
بسیاری از مواد شگرف همچون گرافن، با استفاده از رسوب دهی شیمیایی بخار (CVD) که یک فرآیند کلیدی در صنعت CMOS (چیپ های سیلیکونی) است، به تولید انبوه رسیده اند. به طور مشابه، نانوساختارها که به متامواد قابلیت ساخت پوشش های نامرئی را می بخشد، می توانند توسط لیتوگرافی ایجاد شوند که یک روند مشابه است که توسط صنعت CMOS جهت قرار دادن مکان میلیاردها ترانزیستور بر روی یک تراشه بکار می رود.
ساخت یک شی یک چیز است، اما مشاهده اینکه آن شی چگونه و چرا کار می کند، به طور کلی مسئله ی دیگری می باشد. به طور مثال شما می توانید یک پل را بسازید و سپس با استفاده از دوربین، ژیروسکوپ و دیگر سنسورها واکنش این پل را در برابر عبور خودروها از روی آن اندازه گیری نمایید. هر چند مشاهده انحصاری پیوندهای کربن-کربن در گرافن و اندازه گیری ولتاژ پتانسیل یک الکترون که از این پیوند عبور می کند، به طور قابل توجهی نیاز به مهارت دارد. اما تنها به دلیل وجود میکروسکوپ تونل زنی پویشی (STM) توسعه یافته در دهه هشتاد توسط IBM و دیگر دستگاه های مشابه همچون میکروسکوپ نیروی اتمی (AFM) است که محققان اکنون توانسته اند تصاویر اتم به اتم مواد را بدست آورند. میکروسکوپ STM که در چند سال گذشته کامل شده است، همچنین دارای توانایی انتخاب و حرکت دادن اتم های منفرد می باشد که این قابلیت موجب شده تا این دستگاه، ابزار منتخب دانشمندان مواد برای مشاهده چگونگی ایجاد مواد شگرف جدید نیز باشد.
دنیای شگفت انگیز
از سکان های بالابرنده فضایی گرفته تا کامپیوترهای به اندازه خیلی کوچک، تنها ممکن است چند ناحیه ی کوچک وجود داشته باشند که تحت تکمیل شدن، تولید انبوه و تکثیر مواد شگرف نبوده اند.
خبر خوب این است که در حال حاضر در بیش از یک زمینه، گرافن و مواد مانند آن به بازارها ارائه شده اند. اما خبر بد این است که امروزه احتمالا بیش از چند گرم گرافن موجود نخواهد بود و مسیر تولید انبوه آن نیز بسیار طولانی و گران می باشد. به همین ترتیب، برای دسترسی به متامواد تجاری که منجر به ایجاد سوپرلنز و پوشش های نامرئی می شوند، نیز راهی طولانی وجود دارد.
با این حال ما امروزه در حال تولید این مواد شگرف می باشیم و برای این کار از ابزارهایی که در طول چند سال بدان دست پیدا کردیم، استفاده می کنیم. در طول دهه آینده، این مواد به آرامی راه خود را به کاربردهای نظامی و فضایی باز خواهند کرد (مانند همیشه) و سپس در نهایت به بازار مصرف کنندگان عرضه خواهند شد. تنها کافیست لحظه ای چشمان خود را ببنیدید و به تمامی شیوه های ممکن چیدمان هزاران عنصر عجیب که در جهان ما موجود هستند و میلیاردها ساختار و الگوی جایگشت که با دستگاه های مدرن ما امکان پذیر می باشند، فکر کنید تا به موضوع شگفت انگیزتر پی ببرید. هنوز هم میلیاردها مواد شگرف دیگر در جهان وجود دارند که باید کشف شوند و هر کدام دارای خاصیت های جادویی می باشند که پیش از این دیده نشده و پتانسیل ایجاد تغییر در زندگی ما را دارند.
منبع : extremetech
مطلبی که مطالعه نمودید ترجمه کامل از لینک منبع می باشد و هرگونه اشتباه در جزییات به عهده مرجع می باشد
