ساخت تراشه‌ای ریز با توان تولید میدان‌های الکترومغناطیسی پرتوان

دانشمندان دانشگاه کلرادو دنور موفق به ساخت تراشه‌ای آزمایشگاهی به اندازه یک بند انگشت شده‌اند که می‌تواند میدان‌های الکترومغناطیسی بسیار قدرتمندی، هم‌سطح با آنچه در برخورددهنده هادرونی بزرگ (LHC) در سرن تولید می‌شود ایجاد کند؛ فناوری‌ای که می‌تواند راه را برای ساخت لیزر گاما و درمان سرطان در مقیاس نانومولکولی هموار کند.

به گزارش دانشگاه کلرادو دنور تیمی از پژوهشگران به رهبری آکاش سهی، استادیار مهندسی برق این دانشگاه، موفق شده‌اند با طراحی تراشه‌ای مبتنی بر سیلیکون، راهی نو برای تولید و کنترل میدان‌های الکترومغناطیسی در مقیاس کوانتومی بیابند؛ دستاوردی که می‌تواند انقلابی در علوم فیزیک، پزشکی و فناوری‌های آینده ایجاد کند.

میدان‌های الکترومغناطیسی هنگامی پدید می‌آیند که الکترون‌ها درون یک ماده با سرعت بالا نوسان و برخورد کنند. این میدان‌ها نه‌تنها اساس عملکرد بیشتر فناوری‌های امروزی از تراشه‌های الکترونیکی تا تجهیزات پیشرفته پزشکی را تشکیل می‌دهند بلکه در تحقیقات بنیادین مانند جست‌وجوی ماده تاریک یا درک ساختار کوانتومی اتم‌ها نیز نقش کلیدی دارند.

تا پیش از این تولید میدان‌های الکترومغناطیسی پرتوان نیازمند تجهیزات عظیم و پرهزینه‌ای همچون برخورددهنده هادرونی بزرگ در سوییس بود که در تونل‌هایی به طول بیش از ۲۷ کیلومتر، پرتو‌های پرانرژی ذرات را شتاب می‌دهد. اما حالا محققان دانشگاه کلرادو دنور موفق شده‌اند همین پدیده را در ابعادی کوچک‌تر و درون یک آزمایشگاه معمولی بازسازی کنند.

تراشه‌ای کوچک با توان فوق‌العاده

تیم سهی توانسته تراشه‌ای از جنس سیلیکون طراحی کند که ضمن مقاومت در برابر پرتو‌های پرانرژی قابلیت بهره‌برداری از میدان‌های الکترومغناطیسی ناشی از گاز الکترونی کوانتومی را دارد. این تراشه می‌تواند گرمای تولیدشده ناشی از نوسانات را مدیریت کرده و در عین حال پایداری گاز را حفظ کند؛ قابلیتی که امکان مشاهده و مطالعه دقیق فعالیت‌های الکترونی را برای دانشمندان فراهم می‌سازد.

این فناوری نوآورانه که طراحی آن در دانشگاه کلرادو دنور و آزمون‌های عملی آن در آزمایشگاه ملی شتاب‌دهنده SLAC وابسته به دانشگاه استنفورد انجام شده، به گفته کالیان تیرومالاستی، دانشجوی تحصیلات تکمیلی و یکی از اعضای پروژه، گامی مهم در درک رفتار‌های طبیعی و بهره‌برداری از آن در جهت بهبود شرایط بشری است.

او می‌گوید: کنترل جریان‌های پرانرژی در عین حفظ ساختار ماده خود دستاوردی بزرگ و کم‌سابقه است.

همچنین بخوانید: پهپادهایی با چشم حشرات: انقلاب جدید هوش مصنوعی در ناوبری خودکار

لیزر گاما و درمان در مقیاس هسته اتم

یکی از هیجان‌انگیزترین کاربرد‌های این فناوری، امکان ساخت لیزر گاما یا «گریزر» است؛ ابزاری فرضی که می‌تواند پرتو‌های گامای هم‌فاز و پرانرژی تولید کند، همان‌گونه که لیزر‌های معمولی پرتو‌های هم‌فاز در طیف نور مرئی تولید می‌کنند.

سهی در این‌باره می‌گوید: ما می‌توانیم به تصویربرداری از بافت‌های بدن در مقیاسی بسیار ریزتر از هسته سلول‌ها دست یابیم، تا جایی که حتی بتوان ساختار هسته‌های اتم‌ها را مشاهده کرد.

به گفته وی چنین توانایی‌ای نه‌تنها افق‌های تازه‌ای در شناخت نیرو‌های بنیادی طبیعت می‌گشاید، بلکه می‌تواند منجر به درمان‌های دقیق‌تر و مؤثرتر در پزشکی شود.

او همچنین افزود که در آینده این لیزر‌های گاما ممکن است قادر باشند مستقیماً با هسته سلول‌ها تعامل کرده و سلول‌های سرطانی را در مقیاس نانو شناسایی و حذف کنند. افزون بر این این فناوری نوین می‌تواند راه را برای مطالعاتی در ابعاد کیهان‌شناختی هموار کند؛ از جمله بررسی ساختار بنیادین جهان و حتی امکان وجود جهان‌های موازی.

گامی در مسیر نوآوری‌های بنیادی

سهی در پایان با اشاره به پیشرفت‌های تاریخی در علم، خاطرنشان کرد: همان‌گونه که کشف ساختار زیراتمی به تولد لیزرها، تراشه‌های کامپیوتری و دیود‌های نوری انجامید، این نوآوری نیز که بر پایه علم مواد است، می‌تواند مسیر تازه‌ای در فناوری و دانش بگشاید.

این دستاورد به‌عنوان یکی از نویدبخش‌ترین فناوری‌های کوانتومی مطرح شده و ممکن است طی سال‌های آینده در حوزه‌های متعددی از پزشکی پیشرفته گرفته تا فیزیک نظری و فناوری‌های تصویربرداری تحول‌آفرین باشد.

منبع: برنا