ثورة في الفوتونيات: علماء روس يبتكرون زجاج التيلوريت الفريد للطب والإلكترونيات

المملكة العربية السعودية - وكالة أنباء إخباري

ثورة في الفوتونيات: علماء روس يبتكرون زجاج التيلوريت الفريد للطب والإلكترونيات

حقق فريق دولي من العلماء، بقيادة باحثين روس، إنجازًا رائدًا في علم المواد من خلال تطوير نوع فريد من زجاج الأوكسوكلوريد التيلوريتي. تعد هذه المادة المبتكرة بتوسيع كبير لإمكانيات تقنيات الفوتونات الحديثة، مما يفتح آفاقًا جديدة في الجراحة بالليزر والمضخمات البصرية والأنظمة الصناعية عالية الدقة. هذا الاكتشاف، الذي تم تفصيله في مجلة Journal of Non-Crystalline Solids المرموقة، يؤكد الدور المتنامي لروسيا في البحث العلمي العالمي وتطوير المواد المتقدمة.

أُجري البحث بالتعاون بين المراكز العلمية الرائدة: معهد كورناكوف للكيمياء العامة وغير العضوية (IONKh RAS)، وجامعة مندليف للتقنيات الكيميائية في روسيا، بالإضافة إلى شركائهم الدوليين - جامعة كان نورماندي (فرنسا) والجامعة التقنية التشيكية في براغ. أدت جهودهم المشتركة إلى إنشاء جيل جديد من الزجاج الفوسفوري، الذي يعتمد على مركب كلوريد الرصاص وثاني أكسيد التيلوريوم (PbCl₂-TeO₂). كان الابتكار الرئيسي هو إضافة أيونات العناصر الأرضية النادرة، مثل الثوليوم (Tm3+) والإربيوم (Er3+) والهولميوم (Ho3+)، مما يمنح هذه الزجاجات خصائص بصرية استثنائية.

تكمن القيمة الخاصة للمادة المطورة في خصائصها الطيفية-اللمعانية الاستثنائية، والتي تتجلى بوضوح خاص في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة من 2 إلى 3 ميكرومتر. هذا النطاق حيوي للعديد من التطبيقات عالية التقنية. في الطب، على سبيل المثال، توفر الليزرات التي تعمل في هذا الطيف تدخلات جراحية أكثر دقة وأقل توغلاً، مما يقلل من تلف الأنسجة المحيطة. وهذا يفتح آفاقًا جديدة في طب العيون والأمراض الجلدية والجراحة العامة، حيث تتطلب أعلى درجات الدقة. في الإلكترونيات والاتصالات، يمكن أن تصبح المادة الجديدة أساسًا لمضخمات بصرية أكثر كفاءة، وهي قلب شبكات الألياف البصرية عالية السرعة، وكذلك لتطوير جيل جديد من الليزرات الصناعية بقدرات معالجة وتصنيع محسّنة.

إن مزايا زجاج الأوكسوكلوريد التيلوريتي على المواد التقليدية، مثل زجاج السيليكات والفلوريد، لا يمكن إنكارها. فهي تظهر شفافية أعلى بكثير في منطقة الأشعة تحت الحمراء، وهو أمر بالغ الأهمية لنقل الليزر الفعال. بالإضافة إلى ذلك، فإن طاقتها المنخفضة للفونون وكفاءتها المحسنة في اللمعان، والتي يتم تحقيقها عن طريق إضافة معدلات الهاليد، تسمح بإنتاج إشعاع أكثر قوة واستقرارًا. هذه الخصائص تجعلها مرشحًا مثاليًا لإنشاء أجهزة فوتونية مدمجة وعالية الأداء تتفوق على نظيراتها الحالية.

ومع ذلك، لم يكن الطريق إلى إنشاء هذه المواد المتقدمة سهلاً. ظلت منطقة المواد الفوتونية الأوكسوكلوريدية غير مستكشفة بما فيه الكفاية لفترة طويلة بسبب الصعوبات الأساسية في تركيبها. كانت المشكلة الرئيسية هي التحلل الحراري المائي - التحلل عالي الحرارة للمكونات الأولية تحت تأثير بخار الماء. أدت هذه العملية إلى تكوين مجموعات الهيدروكسيل (OH) المتبقية غير المرغوب فيها في بنية الزجاج، والتي، كما هو معروف، تثبط اللمعان بشكل كبير، مما يجعل المادة غير مناسبة للتطبيقات البصرية. كان مكافحة هذه الشوائب عقبة رئيسية أمام تطوير التكنولوجيا.

وهنا تجلت براعة ونهج الباحثين المبتكر. لقد تمكنوا من اختيار وتحسين ظروف التخليق باستخدام طريقة إخماد الذوبان. سمحت هذه الطريقة بتقليل تكوين مجموعات OH إلى مستويات منخفضة بشكل غير مسبوق، مما يضمن نقاء المادة ونشاطها البصري. كان تحقيق هذا التحكم في عملية التخليق بمثابة اختراق حقيقي، مما فتح الباب أمام دراسة مفصلة للخصائص الطيفية-اللمعانية لهذه الزجاجات. لأول مرة، تمكن العلماء من تحليل خصائصها بشكل شامل وإظهار تفوقها بوضوح على نظيراتها القائمة على الأكسيد والأوكسوفلوريد، والتي لها طاقة فونون أعلى تحد من استخدامها في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة.

إنجاز آخر مهم هو أن المادة المطورة تظهر عمرًا أطول للحالات المثارة لأيونات الأرض النادرة. هذه الخاصية حاسمة لفعالية المضخمات البصرية، لأنها تسمح بتراكم المزيد من الطاقة وإطلاقها بنبضات أقوى وأكثر استقرارًا. يؤدي العمر الطويل للحالات المثارة إلى وضع هذه الزجاجات في فئة المواد الواعدة للغاية لإنشاء الجيل القادم من ليزرات ومضخمات الألياف، والتي ستجد تطبيقات في المجالات الأكثر تطلبًا - من البحث العلمي إلى الصناعة الدفاعية.

بشكل عام، يمثل تطوير زجاج الأوكسوكلوريد التيلوريتي الجديد خطوة مهمة إلى الأمام في علم المواد والفوتونيات. فهو لا يحل المشكلات القديمة في التخليق فحسب، بل يفتح أيضًا الأبواب لإنشاء العديد من الأجهزة الجديدة عالية التقنية. تؤكد العلوم الروسية، بالتعاون مع الشركاء الدوليين، مرة أخرى إمكاناتها العالية في مجال الابتكار القادر على التأثير على مستقبل التقنيات العالمية وتحسين نوعية الحياة.

وكالة أنباء إخباري