موجة دياكونوف السطحية

موجات دياكونوف السطحية ( DSWs ) هي موجات كهرومغناطيسية سطحية تنتقل على طول السطح الفاصل بين وسط متجانس وآخر أحادي المحور مزدوج الانكسار . وقد تنبأ بها نظريًا الفيزيائي الروسي ميخائيل دياكونوف عام 1988. ^{[ 1 ]} وعلى عكس أنواع الموجات الصوتية والكهرومغناطيسية السطحية الأخرى ، يعود وجود موجات دياكونوف السطحية إلى اختلاف تناظر المواد المكونة للسطح الفاصل. درس دياكونوف السطح الفاصل بين وسط ناقل متجانس وبلورة أحادية المحور غير متجانسة ، وأظهر أنه في ظل ظروف معينة، يجب أن توجد موجات متمركزة عند السطح الفاصل. لاحقًا، تم التنبؤ بوجود موجات مماثلة عند السطح الفاصل بين بلورتين أحاديتي المحور متطابقتين ولكن باتجاهات مختلفة . ^{[ ٢ ]} توجد الموجات الكهرومغناطيسية السطحية المعروفة سابقًا، وهي بلازمونات السطح وبلازمونات السطح القطبية ، بشرط أن تكون سماحية أحد المادتين المكونتين للسطح البيني سالبة، بينما تكون سماحية المادة الأخرى موجبة (على سبيل المثال، هذا هو الحال بالنسبة للسطح البيني بين الهواء والمعدن عند ترددات أقل من تردد البلازما ). في المقابل، يمكن لموجات السطح العميقة أن تنتشر عندما تكون كلتا المادتين شفافتين؛ ولذلك فهي عديمة الفقد تقريبًا، وهي الخاصية الأكثر إثارة للاهتمام فيها.

في السنوات الأخيرة، استقطبت أهمية وإمكانات موجات التشتت العميق اهتمام العديد من الباحثين: إذ يُمكن لتغيير الخصائص المكونة لأحد أو كلا المادتين المتفاعلتين - نتيجةً لتغلغل أي عامل كيميائي أو بيولوجي مثلاً - أن يُغير خصائص الموجة بشكل ملحوظ. ونتيجةً لذلك، يُتوقع وجود العديد من التطبيقات المحتملة، بما في ذلك أجهزة البصريات المتكاملة، والاستشعار الكيميائي والبيولوجي للأسطح، وغيرها ^{[ 3 ].} ومع ذلك، ليس من السهل استيفاء الشروط اللازمة لموجات التشتت العميق، ولهذا السبب، لم يُبلغ عن أول رصد تجريبي لإثبات مبدأ هذه الموجات ^{[ 4 ]} إلا بعد 20 عامًا من التنبؤ الأصلي بها.

ظهرت العديد من الدراسات النظرية التي تناولت جوانب مختلفة من هذه الظاهرة، انظر المراجعة التفصيلية. ^{[ 5 ]} وعلى وجه الخصوص، دُرست ظاهرة انتشار موجات دياكونوف السطحية (DSW) عند الأسطح البينية المغناطيسية، ^{[ 6 ]} وفي المواد ذات الخصائص المغناطيسية السالبة، ^{[ 7 ]} وفي المواد الكهروضوئية، ^{[ 8 ] [ 9 ]} والمواد الكيرالية . ^{[ 10 ]} كما تم التنبؤ بانتقال الرنين الناتج عن موجات دياكونوف السطحية في الهياكل التي تستخدم الموشورات، ^{[ 11 ]} ودُرست ورُصد التفاعل والتداخل بين موجات دياكونوف السطحية وبلازمونات السطح (بلازمونات دياكونوف) ^. [ ^{12 ] [ 13 ] [ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

أبسط تكوين مُتناول في المرجع 1 يتألف من سطح فاصل بين مادة متجانسة الخواص ذات سماحية _{ε وبلورة أحادية المحور ذات سماحيتين ε₀ و εe} للموجات العادية وغير العادية _على التوالي . محور البلورة C موازٍ للسطح الفاصل. في هذا التكوين، يمكن لموجة DSW أن تنتشر على طول السطح الفاصل ضمن فترات زاوية محددة بالنسبة للمحور C ، شريطة استيفاء الشرط εe _> ε > ε₀ _. وبالتالي ، فإن موجات DSW مدعومة فقط بالأسطح الفاصلة ذات البلورات ثنائية الانكسار الموجبة ( _εe > ε₀ ) _. تُحدد الفترة الزاوية بواسطة المعامل

${\displaystyle \eta ={\frac {\epsilon _{e}}{\epsilon _{0}}}-1}$.

تختلف الفترات الزاوية لسرعات الطور والمجموعة في تقنية DSW ( Δθ _ph و Δθ _gr ). تتناسب فترة سرعة الطور طرديًا مع ^مربع η ، وهي ضيقة جدًا حتى بالنسبة لأكثر البلورات الطبيعية انكسارًا للضوء، حيث تبلغ Δθ _ph ≈ 1° ( للروتيل ) و Δθ _ph ≈ 4° ( للكالوميل ). ^{[ 17 ]} مع ذلك، فإن فترة سرعة المجموعة، الأكثر أهمية من الناحية الفيزيائية ، أكبر بكثير (تتناسب طرديًا مع η ). تشير الحسابات إلى أن Δθ _gr ≈ 7° للروتيل، و Δθ _gr ≈ 20° للكالوميل.

لقد اقتصرت الدراسات التجريبية واسعة النطاق لأنظمة مواد الموجات السطحية الموزعة وتطوير الأجهزة العملية ذات الصلة إلى حد كبير بسبب شروط التباين الصارمة اللازمة لانتشار الموجات السطحية الموزعة بنجاح، ولا سيما درجة الانكسار المزدوج العالية لواحدة على الأقل من المواد المكونة لها، والعدد المحدود من المواد المتاحة طبيعيًا التي تستوفي هذا الشرط. ومع ذلك، فإن هذا الوضع على وشك التغير في ضوء المواد الفائقة المصنعة هندسيًا ^{[ 18 ]} وتقنيات تصنيع المواد الثورية.

إن الحساسية الشديدة لموجات DSW تجاه التباين، وبالتالي تجاه الإجهاد، إلى جانب خاصية انخفاض فقدها (مدى بعيد)، تجعلها جذابة بشكل خاص لتمكين الاستشعار اللمسي والموجات فوق الصوتية عالي الحساسية لتقنيات التحويل والقراءة عالية السرعة من الجيل التالي. علاوة على ذلك، يمكن استخدام الاتجاهية الفريدة لموجات DSW لتوجيه الإشارات الضوئية. ^{[ 19 ]}

• موجة دياكونوف-فويغت
• موجة صغيرة
• الوضع المتسرب ^{[ 20 ]}