لقد كان من المعروف منذ قرون أن الضوء يظهر سلوكًا موجيًا في مواقف معينة. بعض المواد قادرة على تدوير الاستقطاب، أي اتجاه تذبذب موجة الضوء عندما يمر الضوء عبر المادة. يتم استخدام هذه الخاصية في مكون مركزي لشبكات الاتصالات الضوئية المعروفة باسم "العازل البصري" أو "الصمام الثنائي البصري". يسمح هذا المكون للضوء بالانتشار في اتجاه واحد ولكنه يحجب كل الضوء في الاتجاه الآخر.
وفي دراسة حديثة، أظهر فيزيائيون ألمان وهنود أن المواد فائقة الرقة ثنائية الأبعاد، مثل ثنائي سيلينيد التنغستن، يمكنها تدوير استقطاب الضوء المرئي بعدة درجات عند أطوال موجية معينة تحت مجالات مغناطيسية صغيرة مناسبة للاستخدام في الرقائق. وقد نشر علماء من جامعة مونستر، ألمانيا، والمعهد الهندي لتعليم وأبحاث العلوم (IISER) في بيون، الهند، النتائج التي توصلوا إليها في المجلة. طبيعة الاتصالات.
إحدى مشاكل العوازل الضوئية التقليدية هي أنها كبيرة الحجم وتتراوح أحجامها بين عدة مليمترات وعدة سنتيمترات. ونتيجة لذلك، لم يتمكن الباحثون بعد من إنشاء أنظمة بصرية متكاملة مصغرة على شريحة يمكن مقارنتها بالتقنيات الإلكترونية اليومية المعتمدة على السيليكون. تتكون الرقائق الضوئية المتكاملة الحالية من بضع مئات فقط من العناصر الموجودة على الشريحة.
وبالمقارنة، تحتوي شريحة معالج الكمبيوتر على مليارات عديدة من عناصر التبديل. وبالتالي فإن عمل الفريق الألماني الهندي يعد خطوة إلى الأمام في تطوير العوازل الضوئية المصغرة. المواد ثنائية الأبعاد التي يستخدمها الباحثون لا يزيد سمكها عن بضع طبقات ذرية، وبالتالي أرق بمئة ألف مرة من شعرة الإنسان.
يقول البروفيسور رودولف براتشيتش من جامعة مونستر: "في المستقبل، يمكن أن تصبح المواد ثنائية الأبعاد جوهر العوازل الضوئية وتمكين التكامل على الرقاقة لتقنيات الحوسبة والاتصالات البصرية الكمومية الحالية والمستقبلية".
ويضيف البروفيسور أشيش أرورا من IISER: "حتى المغناطيسات الضخمة، المطلوبة أيضًا للعوازل الضوئية، يمكن استبدالها بمغناطيسات ثنائية الأبعاد رفيعة ذريًا". وهذا من شأنه أن يقلل بشكل كبير من حجم الدوائر المتكاملة الضوئية.
قام الفريق بفك تشفير الآلية المسؤولة عن التأثير الذي وجدوه: تعمل أزواج الثقوب الإلكترونية المقيدة، والتي تسمى الإكسيتونات، في أشباه الموصلات ثنائية الأبعاد على تدوير استقطاب الضوء بقوة شديدة عندما يتم وضع المادة الرقيقة جدًا في مجال مغناطيسي صغير.
وبحسب أرورا، فإن «إجراء مثل هذه التجارب الحساسة على مواد ثنائية الأبعاد ليس بالأمر السهل لأن مساحات العينة صغيرة جدًا». كان على العلماء تطوير تقنية قياس جديدة أسرع بنحو 1,000 مرة من الطرق السابقة.