הקסם מאחורי זכוכית חד-כיוונית אמיתית: פריצת דרך במטא-חומרים אופטיים

חוקרים גילו כיצד ליצור מטא-חומר אופטי שיעמוד בבסיס מגוון טכנולוגיות חדשות.

גישה חדשה אפשרה לחוקרים באוניברסיטת אלטו ליצור סוג של מטא-חומר שהיה עד כה מעבר להישג ידן של טכנולוגיות קיימות. בניגוד לחומרים טבעיים, מטא-חומרים וניתן להתאים משטחים לבעלי תכונות אלקטרומגנטיות ספציפיות, מה שאומר שמדענים יכולים ליצור חומרים עם תכונות רצויות ליישומים תעשייתיים.

האפקט המגנטואלקטרי הלא הדדי

המטא-חומר החדש מנצל את האפקט המגנו-אלקטרי הלא-הדדי (NME). אפקט ה-NME מרמז על קשר בין תכונות ספציפיות של החומר (המגנטיות והקיטוב שלו) לבין מרכיבי השדה השונים של אור או גלים אלקטרומגנטיים אחרים. אפקט ה-NME הוא זניח בחומרים טבעיים, אבל מדענים ניסו לשפר אותו באמצעות מטא-חומרים ומט-משטחים בגלל הפוטנציאל הטכנולוגי שזה יפתח.

"עד כה, אפקט ה-NME לא הוביל ליישומים תעשייתיים מציאותיים. רוב הגישות המוצעות יעבדו רק עבור מיקרוגלים ולא אור נראה, וגם לא ניתן היה לייצר אותן בטכנולוגיה זמינה", אומר שאדי סאפיי ג'אזי, חוקר דוקטורט ב-Aalto. הצוות עיצב מטא-חומר NME אופטי שניתן ליצור בטכנולוגיה קיימת, תוך שימוש בחומרים קונבנציונליים ובטכניקות ננו-ייצור.

מהפכה ביישומים אופטיים

החומר החדש פותח יישומים שאחרת היו צריכים שדה מגנטי חיצוני חזק כדי לעבוד – למשל, יצירת זכוכית חד-כיוונית באמת. זכוכית שנמכרת כרגע כ'חד כיוונית' היא פשוט שקופה למחצה, ומכניסה אור לשני הכיוונים. כאשר הבהירות שונה בין שני הצדדים (לדוגמה, בתוך ומחוץ לחלון), היא פועלת כמו זכוכית חד-כיוונית. אבל זכוכית חד כיוונית מבוססת NME לא תצטרך הבדל בבהירות מכיוון שאור יכול לעבור דרכה רק בכיוון אחד.

"רק תאר לעצמך שיש לך חלון עם הזכוכית הזו בבית, במשרד או במכונית שלך. בלי קשר לבהירות בחוץ, אנשים לא יוכלו לראות שום דבר בפנים, בזמן שהיית נהנה מנוף מושלם מהחלון שלך", אומר סאפיי. אם הטכנולוגיה תצליח, הזכוכית החד-כיוונית הזו יכולה גם להפוך את התאים הסולאריים ליעילים יותר על ידי חסימת הפליטות התרמיות שהתאים הקיימים מקרינים חזרה לכיוון השמש, מה שמפחית את כמות האנרגיה שהם לוכדים.

המחקר פורסם ב תקשורת טבע ב-12 בפברואר 2024.