يتحدى الباحثون قانونًا أساسيًا ويكتشفون أنه يمكن تخزين المزيد من الطاقة الكهرومغناطيسية في أنظمة توجيه الموجة على عكس ما كان يعتقد سابقًا في (EPFL).

ولهذا الاكتشاف آثار في الاتصالات السلكية واللاسلكية.

قام الباحثون بتصوير أنظمة رنانة وأنظمة توجيه الموجة قادرة على تخزين الطاقة على مدى فترة طويلة مع الحفاظ على عرض النطاق الترددي الواسع وذلك بالعمل في مجال القانون الأساسي.

كانت خدعتهم لخلق أنظمة الرنين غير المتماثلة أو الموجة باستخدام المجالات المغناطيسية.

كان يقود كوسماس تساكماكيديس الدراسة التي نشرت للتو في العلوم، لأول مرة في جامعة أوتاوا ثم في مختبر (EPFL) التي تديرها هاتيس ألتوغ، حيث يقوم الباحث الآن بإجراء البحوث ما بعد الدكتوراه.

هذا التقدم المفاجئ يمكن أن يكون له تأثير كبير على العديد من المجالات في الهندسة والفيزياء.

ويقترب عدد التطبيقات المحتملة من اللانهائي، حيث تمثل الاتصالات السلكية واللاسلكية ونظم الكشف البصري وحصاد الطاقة واسعة النطاق مجرد أمثلة قليلة.

رفض المعاملة بالمثل

توجد أنظمة رنانة وأنظمة توجيه الموجة في الغالبية العظمى من الأنظمة البصرية والإلكترونية.

ودورها هو تخزين الطاقة مؤقتًا في شكل موجات كهرومغناطيسية ومن ثَم إطلاق سراحهم.

ولأكثر من 100 مئة سنة، أُعيدت هذه الأنظمة بقيود اعتبرت أساسية، فكان طول الوقت الذي يمكن فيه تخزين الموجة متناسبًا عكسيًا مع عرض النطاق الترددي .

تمّ تفسير هذه العلاقة على أنها تعني أنه كان من المستحيل تخزين كميات كبيرة من البيانات في أنظمة الرنين أو الموجة على مدى فترة طويلة من الوقت لأن زيادة عرض النطاق الترددي يعني تقليل وقت التخزين وجودة التخزين.

وقد صِيغ هذا القانون لأول مرة من قبل جونسون – K. S. Johnson (رائد مختبرات هاتف بيل-Bell) في شركة الكهرباء الغربية، وذلك في عام 1914، وقدم مفهوم عامل (Q) ، وذلك من خلال كاشف الموجات الهرتزية – Resonator، والذي يستطيع تخزين الطاقة لفترة طويلة أو لديه عرض نطاق ترددي واسع، ولكن ليس الخاصيتان في الوقت نفسه.

زيادة وقت التخزين يعني تقليل عرض النطاق الترددي، والعكس صحيح.

ويعني نطاق عرضي صغير نطاق محدود من الترددات أو الألوان وبالتالي كمية محدودة من البيانات.

وحتى الآن لم يكن هذا المفهوم موضع تحدي.

وقد قام الفيزيائيون والمهندسون دائمًا ببناء أنظمة رنانة، مثل تلك التي تنتج أشعة الليزر، وتصنع الدوائر الإلكترونية وتجري التشخيصات الطبية، مع وضع هذا القيد في الاعتبار.

ويُعد هذا القيد الآن شيء من الماضي.

وقد توصل الباحثون إلى نظام هجين مرن ونظام إرشادي للموجة مصنوع من مادة مغناطيسية بصرية، عندما يكون المجال المغناطيسي مُطبقًا، يكون قادر على وقف الموجة وتخزينها لفترة طويلة، وبالتالي تراكم كميات كبيرة من الطاقة.

ثم عندما يتم إيقاف المجال المغناطيسي، يتم إطلاق الذبذبات المحاصرة.

من الممكن تخزين موجة لفترة طويلة جدًا من الوقت مع الحفاظ أيضًا على نطاق عرضي كبير مع مثل هذه الأنظمة غير المتماثلة وغير المُتبادلة.

وقد كُسر حد النطاق الترددي التقليدي بمعدل 1000.

وأظهر العلماء أيضًا أنه من الناحية النظرية، لا يوجد سقف أعلى لهذا الحد على الإطلاق في هذه النظم غير المتماثلة (غير المتبادلة).

يقول تساكماكيديس وهو المؤلف الرئيسي للدراسة: «لقد كانت لحظة الوحي عندما اكتشفنا أن هذه الهياكل الجديدة لم تُظهر أي تقييد بالنطاق الترددي الوقتي على الإطلاق، وهذه النظم على عكس ما كنا جميعًا معتادين على مدى عقود، وربما مئات السنين».

ويضيف هاتيس ألتوغ :«يمكن أن يكون الأداء المتفوق لسعة تخزين الموجات في الواقع عاملًا تمكينيًا لمجموعة من التطبيقات المثيرة في مجالات البحث المعاصرة والتقليدية المتنوعة».

الطب والبيئة والاتصالات

ويتمثل أحد التطبيقات الممكنة في تصميم مخزونات ضوئية فائقة السرعة وفعالة للغاية في شبكات الاتصالات السلكية واللاسلكية.

ودور المخازن المؤقتة هو تخزين البيانات مؤقتًا قبل وصوله في شكل ضوء من خلال الألياف الضوئية.

عن طريق إبطاء كتلة البيانات، لتسهيل عملية المعالجة.

وتعتبر جودة التخزين محدودة حتى الآن.

مع هذه التقنية الجديدة، ينبغي أن يكون من الممكن تحسين العملية وتخزين النطاق العرضي الترددي للبيانات لفترات طويلة.

وتشمل التطبيقات المحتملة الأخرى التحليل الطيفي، وحصاد ضوء النطاق العرضي وتخزين الطاقة، والتمويه البصري ذات النطاق العريض – invisibility cloaking.

ويقول تساكماكيديس: «إن الاختراق المبلغ عنه هو أمر أساسي تمامًا، فنحن نعطي الباحثين أداة جديدة، ويقتصر عدد التطبيقات على خيال المرء فقط».

  • ترجمه : أحمد طه المكّاوي
  • تدقيق: رؤى درخباني
  • تحرير: يمام اليوسف
  • المصدر