مواد و ساخت پیشرفته

سیده مهری حمیدی سنگدهی*

از جمله نیازهای مورد نیاز در زمینه حسگرها و ادوات کوانتومی، نیاز به مجتمع سازی و کاهش ابعاد فیزیکی پایین این ادوات است.

در جهان، راهکارهای گوناگونی برای این منظور پیشنهاد شده و در حال توسعه است که یکی از این حوزه ها استفاده از ظرفیت نانوفوتونیک در طیف سنجی اتمی است. به عنوان مثال استفاده از موجبرهای میکرونی برای هدایت نور و اندرکنش با بخار اتمی از جمله مواردی بوده که با موفقیت روبه رو شده. همچنین از موارد با قابلیت بسیار زیاد می­توان به برهمکنش تک اتم با مدهای کاواک اشاره کرد.

استفاده از مدهای پلاسمونی

یکی از موارد بسیار جذاب تسهیل کننده این ایده، استفاده از مدهای پلاسمونی به عنوان یک کاواک با قابلیت جفت شدگی آسان با گذارهای اتمی است. ایجاد جفت شدگی اتم با مد کاواک پلاسمونی نیاز به پیش شرایطی مانند شناخت کافی از انواع نانو ساختارهای پشتیبانی کننده از مدهای پلاسمونی و مشخصات مدهای پلاسمونی دارد، که باید به دقت به آن پرداخته شود.

باید توجه داشت که تاکنون کارهای زیادی به منظور به دام اندازی و سرمایش لیزری اتم ها با کمک امواج پلاسمون سطحی انجام شده و این موضوع نویدبخش نسل جدید حسگرهای کوانتومی خواهد بود که مشخصه اصلی حساسیت فوق العاده را به همراه ابعاد کوچک خواهد داشت.

پژوهش های موفقیت آمیز

همچنین تاکنون پتانسیل بالایی در ترکیب مدهای میرا در نانوساختارها با گذارهای اتمی وجود دارد، که این مورد به خوبی در آزمایشگاه مگنتوپلاسمونیک در دانشگاه شهید بهشتی و با حمایت ستاد فوتونیک و مواد پیشرفته مورد مطالعه قرار گرفته و نتیجه مطالعات برهمکنش موج میرا با بخار اتمی در مقالات معتبر به چاپ رسیده است. به عنوان مثال امکان سنجش فوق دقیق قطبش موج میرا ناشی از بازتاب کلی از سطح منشور، با کمک طیف سنجی اتمی با موفقیت نشان داده شد.

به طور کلی قدم های برداشته شده در آزمایشگاه مگنتوپلاسمونیک در حوزه اندرکنشهای کوانتومی اتم ها با امواج موجبری و فضای آزاد نور را می­توان به شکل زیر برشمرد:

1. -  توانایی ساخت محفظه های با فشار پایین بخار اتمی روبیدیوم با ابعاد میلیمتری و میکرونی و همچنین محفظه های دوگانه با امکان جفت سازی کوانتومی اتم با مد موجبری پلاسمون سطحی یا میرا و یا سایر مدهای موجبری.
2. -    ساخت و کار با گرمکن متناسب با طیف سنجی بخار اتمی به منظور داده برداری فلورسانسی و عبوری.
3. -    دور زدن پهن شدگی داپلری با کمک میکرو سلول روبیدیوم.
4. -    جفت شدگی اتم با موج میرا و طیف سنجی موج میرا و امکان بررسی اندرکنش واندوالس اتم با سطح.
5. -  جفت سازی تراز گسسته کوانتومی با تراز پیوسته پلاسمونهای سطحی و ایجاد تداخل فوق حساس فانو به منظور بهره گیری در حسگری کوانتومی از جمله حسگری میدان مغناطیسی.

* استاد فوتونیک دانشگاه شهید بهشتی و همکار متخصص ستاد