كاشف كمومي جديد يتجاوز حاجز التيراهرتز بكفاءة أعلى 20 مرة من سابقيه

فريق بحثي من جامعتي كامبريدج وسوانزي يُطور كاشف إشعاع تيراهرتز كمومي يتجاوز أداء الأجهزة السابقة 20 مرة، مما يُعجّل بتطبيقات اتصالات الجيل السادس والتصوير الطبي.

تحرير
ألمعي · هيئة التحرير
النشر
١ يونيو ٢٠٢٦
المصدر
ScienceDaily ↗
القراءات
٠
الوقت
قراءة دقيقتين
تجربة فيزيائية في مختبر الإلكترونيات الكمومية

طيف الموجات الكهرومغناطيسية يمتدّ من موجات الراديو إلى أشعة غاما، وفي منتصفه تقريباً تقع منطقة كانت عصيّة على الكشف والتوظيف بفاعلية: منطقة إشعاع التيراهرتز. هذه الأمواج تخترق المواد كالمنسوجات والبلاستيك والأنسجة الحيوية دون أن تتسبب في ضرر بيولوجي كالأشعة السينية، مما يجعلها واعدة للتصوير الطبي والأمني وتقنيات الاتصالات المستقبلية.

المشكلة كانت دائماً في الكشف: أجهزة استشعار التيراهرتز الموجودة تفتقر إلى الكفاءة الكافية أو تتطلب تبريداً بالهيليوم السائل وهو إجراء مُكلف ومعقّد. الآن، يُبشّر باحثون من جامعتي كامبريدج وسوانزي بكاشف كمومي مبني على سطح ميتا مُصمَّم بدقة لتركيز طاقة إشعاع التيراهرتز. النتائج نُشرت في مجلة Advanced Photonics عام 2026.

جوهر الابتكار هو دمج وظيفتين في جهاز واحد: جمع الإشعاع والكشف عنه. السطح الميتا بتصميمه الشبكي الشبيه بنمط 'الطوب المتشابك' يُركّز الإشعاع الساقط في فجوات ضيّقة تحتوي على عناصر كشف تعمل وفق مبدأ الأثر الكهروضوئي في طبقة غاز إلكتروني ثنائي الأبعاد. هذه الهندسة تقطع الحاجة إلى بصريات خارجية وتُعظّم كفاءة الكشف.

الأرقام مبهرة في سياقها: بلغت الكفاءة الكمية 2.1% عند تردد 1.9 تيراهرتز، ما يُمثّل تحسناً يبلغ نحو 20 ضعفاً مقارنة بأجهزة الجيل السابق. كما استطاع الجهاز تحقيق استجابة حساسة بلغت 2.7 أمبير لكل وات.

اللافت أن الجهاز يعمل بدون تحيّز بين المصدر والمصرف، مما يُلغي التيار المظلم الذي يُشكّل مصدراً رئيسياً للضوضاء في الكاشفات التقليدية، مما يُتيح نسبة إشارة إلى ضوضاء أعلى دون الحاجة إلى تبريد مُكلف.

مجالات التطبيق واسعة: في الطب يمكن توظيفه في تصوير الأنسجة الحيوية غير الجراحي، في الأمن يُستخدم للكشف عن المواد المخفية، وفي الاتصالات يُعدّ ركيزة حيوية لشبكات الجيل السادس التي تحتاج إلى ترددات عالية وكاشفات فائقة الحساسية.

يتمتع العالم العربي بموقع مميز للاستفادة من هذه التقنية؛ إذ تُراهن كلٌّ من المملكة العربية السعودية والإمارات على الريادة في شبكات الجيل الخامس والسادس ضمن مبادرات كرؤية 2030 ومشروع نيوم الذي يتطلب بنية اتصالات لاسلكية فائقة الأداء. فضلاً عن ذلك، قد يُعزّز التصوير الطبي بالتيراهرتز قدرات المراكز الصحية الإقليمية في الكشف المبكر عن الأمراض دون التعرض للإشعاع المؤين، وهو ما يُرسّخ قيمة هذا الابتكار في أجندة التقنية العربية.

إغلاق ما يُسميه الباحثون 'فجوة التيراهرتز' كان أحد أصعب التحديات في فيزياء الموجات الكهرومغناطيسية التطبيقية. هذا الإنجاز لا يُغلق الفجوة بالكامل، لكنه يُقلّصها بشكل جوهري ويفتح طريقاً عملياً نحو أجهزة تجارية بتكاليف تشغيل أقل بكثير مما هو ممكن الآن.

المصدر الأصلي
ScienceDaily
قراءة المقال الأصلي ↗
قصة اليوم · كل صباح

أعجبك التقرير؟ استلم واحداً كل صباح.

قصةٌ تقنية واحدة تستحقّ وقتك، بالعربية. بلا إعلانات، بلا إزعاج.

بلا إعلانات · إلغاء الاشتراك بنقرة واحدة · بياناتك آمنة

اقرأ أيضًا

المزيد من الهندسة الإلكترونية

زوجان في منتصف العمر يمارسان الركض الخفيف برفقة رمزية ساعة ولولب للحمض النووي

مسابقة جديدة تتحدى 500 مشارك لعكس أعمارهم البيولوجية خلال ستة أشهر

أطلقت طبيبة أعصاب أمريكية مسابقة تمتد ستة أشهر يحاول فيها نحو 500 مشارك تقليص الفارق بين عمرهم الزمني وعمرهم البيولوجي، باستخدام فحوصات جينية ودماغية وجسدية متعددة، ولوحة صدارة علنية.

MIT Technology Review
سمكة قرش سوداء الزعنفة تسبح في مياه ضحلة وصافية قبالة سواحل فلوريدا

دراسة ميدانية تكشف كيف تسمع أسماك القرش وتحدد مصدر الصوت من 74 متراً

أجرى باحثون أمريكيون أول دراسة ميدانية كمّية لسمع أسماك القرش الحرة في المحيط، وتبيّن أن أسماك القرش السوداء الزعنفة تكشف الأصوات منخفضة التردد من مسافة تصل إلى 74 متراً وتحدد اتجاهها بدقة.

ScienceDaily
تصور فني لذرات سترونشيوم محصورة بملاقط ضوئية في حقل ليزر متضمّن

فيزيائيون في كالتك يرصدون سلّماً طاقياً كمومياً تنبأت به نظرية قبل 40 عاماً

تمكّن فيزيائيون في معهد كالتك من قياس أنماط طاقة كمومية تنبأت بها نظرية الحقل المطابق منذ أربعة عقود، باستخدام ذرات سترونشيوم محصورة بملاقط ضوئية، في تأكيد تجريبي دقيق لنظرية رياضية طويلة الأمد.

ScienceDaily
رسم توضيحي لتراكم لويحات الكوليسترول داخل وعاء دموي متصلب

دراسة ضخمة: واحد من كل 13 شاباً يحمل تصلب شرايين صامتاً دون أن يعلم

كشفت دراسة REACT التي شملت أكثر من 16800 شخص سليم ظاهرياً أن تصلب الشرايين يبدأ في سن مبكرة أكثر من المتوقع، حيث يحمله واحد من كل 13 شاباً بين 18 و29 عاماً دون أي أعراض.

ScienceDaily
تصور فني لنجم مغناطيسي وحقله المغناطيسي القوي

رصد وميض سيني قياسي قد يكشف لحظة ولادة نجم مغناطيسي جديد

فريق بحثي دولي يرصد أطول وميض أشعة سينية مسجّل بعد اندماج نجمين نيوترونيين، في حدث يستمر نحو 10 دقائق ويقدّم دليلاً جديداً على كيفية ولادة النجوم المغناطيسية فائقة القوة.

ScienceDaily
تصور فني لبتات كمومية متشابكة في نظام حوسبة كمومية

بِت كمي من الهليوم فائق السيولة قد يقلل أخطاء الحوسبة الكمومية 100 مرة

باحثون بريطانيون وأمريكيون يصممون بتاً كمياً جديداً يعتمد على الهليوم فائق السيولة بدلاً من الدوائر فائقة التوصيل، بهدف تقليص معدلات الخطأ الناتجة عن التشويش الكهرومغناطيسي في الحواسيب الكمومية.

ScienceDaily