باحثون من جامعة خليفة يتمكنون من سد فجوة تيراهيرتز لتعزيز القدرات الحسية والبصرية

تعتبر أشعة التيراهيرتز، وهي نطاق التردد الذي تتذبذب به موجات كهرومغناطيسية بين نطاق الأشعة تحت الحمراء والموجات الميكروية، في غاية الأهمية في مجال الكشف عن الغازات السامة والمواد المتفجرة وحتى الأمراض. ويتم إنتاج أشعة التيراهيرتز في درجات حرارة تصل لما دون درجة التجمد، أي 73 درجة سلسيوسية تحت الصفر أو أقل، وهو السبب الذي حال دون الاستفادة من هذه الأشعة الفريدة من نوعها في تطبيقات الحياة اليومية مكوناً ما يُعرف بـ (فجوة التيراهيرتز).

وفي هذا السياق، قام فريق بحثي من جامعة خليفة بتطوير تقنية جديدة لإنتاج أشعة تيراهيرتز في درجة حرارة الغرفة من خلال الاستعانة بمواد شبكية شبه موصلة ذات خصائص إلكترونية متميزة.

من جانبه، قال الدكتور ماورو بيرييرا، أستاذ وئيس قسم الفيزياء في جامعة خليفة: "يحظى هذا البحث بإمكانات كبيرة في دولة الإمارات نظراَ للقدرة الفعالة التي يتميز بها نطاق تردد التيراهيرتز في الكشف عن الغازات الخطرة في البيئة والمواد المتفجرة وعدد من الغازات التي يستنشقها الإنسان والحيوان، كما يمكن استخدام التيراهيرتز في تشخيص الأمراض في مراحلها المبكرة دون الحاجة للفحوصات الجراحية. لذلك، تعتبر هذه التقنية في غاية الأهمية في مجال تشخيص الأمراض التنفسية والمعوية والأمراض المتعلقة بالكبد".

ركز الدكتور ماورو بيرييرا في ورقته البحثية، والتي نُشرت مؤخراً في الموقع الإلكتروني "سينتيفك ريبورتس"، على تقنية حديثة تتيح إمكانية توليد أشعة التيراهيرتز. وشارك الدكتور ماورو في دراسته باحثَين من معهد فيزياء الأنظمة الدقيقة في جامعة نيجني نوفوغورد الروسية وهم، الدكتور فلاديمير أنفيرتف والدكتور فلاديمير فاكس والدكتورة يوليا شيفكنكو من معهد الفيزياء في الأكاديمية التشيكية للعلوم.

وطور الباحثون نوعاً خاصاً من المواد الشبكية شبه الموصلة بهدف الحصول على تردد أشعة تيراهيرتز في درجة حرارة الغرفة، وتتكون تلك المواد من مجموعة من طبقات الصفائح الدقيقة والمصنوعة من مواد مختلفة كالسيليكون والغرافين، حيث تضفي تلك الطبقات على المواد خاصية كهربائية مهمة تسمى "التذبذب".

تتصرف المواد المتذبذبة بشكل عام بطريقة غير طبيعية. فحينما تتعرض تلك المواد لأشعة من أي مصدر من مصادر الطاقة، يحدث اهتزاز في الذرات الكرستالية بطريقة توافقية أو ما يعرف بـ "التذبذب التوافقي"، ويمكن تعريف التذبذب التوافقي على أنه مجموعة الترددات الطبيعية مضروبة باثنين أو ثلاثة أو أكثر إلى أن تتلاشى تلك الترددات.

وأضاف الدكتور ماورو: "يلعب التذبذب الفيزيائي دوراً رئيساً في سد "فجوة التيراهيرتز" وتطبيقاتها المتعددة، حيث قمنا بالاستعانة بمصدر يمكن تشغيله بدرجة تردد تصل إلى ما يقارب 120 جيجاهيرتز ومضاعفته إلى أن يصل إلى 720 جيجاهيرتز أو أكثر، كما استخدمنا مواد شبكية شبه موصلة للتحكم بذبذبات المادة. إضافة لذلك، قمنا بالاستفادة من المواد الشبكية المشابهة في مجال الكشف عن الترددات العالية في درجة حرارة الغرفة بشكل فعال. ولقد تمكنا من إثبات قدرة مضاعِفات المواد الشبكية شبه الموصلة على إنتاج الذبذبات التوافقية، وذلك بعد أن ساد الاعتقاد بأنها فقط تنتج الذبذبات غير الطبيعية. وبذلك، عززنا سبل الاستفادة من الترددات وعلى نطاق واسع".

 يذكر أن الفريق البحثي، وبالتعاون مع الباحثين الروس، قام باستخدام المواد الشبكية شبه الموصلة في مجال تحليل عملية التنفس وتصميم نماذج لأجهزة جديدة في جامعة خليفة.