نقل بصري استثنائي

في علم البصريات ، يُعرف النقل البصري الاستثنائي ( EOT ) بظاهرة النقل المُعزز بشكل كبير للضوء عبر فتحة ذات أبعاد دون الطول الموجي في غشاء معدني معتم، مُنمذج بنمط دوري منتظم ومتكرر. عادةً، عندما يسقط ضوء ذو طول موجي معين على فتحة ذات أبعاد دون الطول الموجي، فإنه ينحرف بشكل متساوٍ في جميع الاتجاهات، مع أدنى حد من النقل في المجال البعيد. هذا هو الفهم المُستمد من نظرية الفتحة الكلاسيكية كما وصفها هانز بيث . ^{[ 1 ]} أما في النقل البصري الاستثنائي، فإن البنية المتكررة بانتظام تُتيح كفاءة نقل أعلى بكثير، تصل إلى عدة مراتب من حيث الحجم تفوق ما تنبأت به نظرية الفتحة الكلاسيكية. وقد وُصفت هذه الظاهرة لأول مرة عام 1998. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

تُعزى هذه الظاهرة، التي تم تحليلها بالكامل باستخدام نموذج تشتت مجهري، جزئيًا إلى وجود رنين البلازمون السطحي ^{[ 4 ]} والتداخل البنّاء . والبلازمون السطحي (SP) هو إثارة جماعية للإلكترونات عند نقطة التقاء موصل وعازل ، وهو أحد سلسلة التفاعلات بين الضوء وسطح معدني تُعرف باسم البلازمونيات .

توجد حاليًا أدلة تجريبية على ظاهرة النقل البصري المكافئ (EOT) خارج النطاق البصري. ^{[ 5 ]} كما تتنبأ المناهج التحليلية بحدوث هذه الظاهرة على الصفائح المثقبة باستخدام نموذج موصل مثالي . ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} ويمكن للثقوب أن تحاكي البلازمونات إلى حد ما في مناطق أخرى من الطيف الكهرومغناطيسي حيث لا توجد. ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]} وبالتالي، فإن مساهمة البلازمونات تُعد سمة مميزة جدًا لرنين النقل البصري المكافئ، ولا ينبغي اعتبارها المساهمة الرئيسية في هذه الظاهرة. وقد أظهرت دراسات حديثة مساهمة قوية من اقتران الموجات المتلاشية المتداخلة ، ^{[ 12 ]} وهو ما يفسر سبب تعزيز رنين البلازمونات السطحية لتأثير النقل البصري المكافئ على جانبي الغشاء المعدني عند الترددات البصرية، ولكنه يفسر أيضًا انتقال الموجات في نطاق التيراهيرتز.

تم شرح تفسيرات تحليلية بسيطة لهذه الظاهرة، مع التركيز على التشابه بين مصفوفات الجسيمات ومصفوفات الثقوب، وإثبات أن هذه الظاهرة يهيمن عليها الانعراج . ^{[ 13 ] [ 14 ] [ 15 ]}

من المتوقع أن تلعب تقنية EOT دورًا هامًا في ابتكار مكونات الدوائر الضوئية المتكاملة عالية الكفاءة (PICs). وتُشابه الدوائر الضوئية المتكاملة الدوائر الإلكترونية، ولكنها تعتمد على الفوتونات بدلًا من الإلكترونات.

من أبرز النتائج الرائدة المرتبطة بتقنية EOT إمكانية تطبيق مادة فائقة ذات معامل انكسار يساري (LHM) ببساطة عن طريق تكديس مصفوفات من الثقوب. ^{[ 16 ]}

يُعدّ الاستشعار الكيميائي والبيولوجي القائم على تقنية النقل البصري الإلكتروني (EOT) (على سبيل المثال، تحسين الكشف عن الأجسام المضادة باستخدام تقنية ELISA) مجالًا بحثيًا رئيسيًا آخر. ^{[ 17 ] [ 18 ] [ 19 ] [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]} وكما هو الحال في مستشعر رنين البلازمون السطحي التقليدي ، تتغير كفاءة تقنية النقل البصري الإلكتروني (EOT) بتغير طول موجة الضوء الساقط وقيمة مُركّبة متجه الموجة في المستوى. ويمكن استغلال هذه الخاصية كوسيلة لتحويل أحداث الارتباط الكيميائي عن طريق قياس التغير في ثابت العزل الكهربائي المحلي (نتيجة ارتباط النوع المستهدف) كإزاحة في الموقع الطيفي و/أو شدة ذروة النقل البصري الإلكتروني (EOT). ويؤدي تغيير هندسة الثقب إلى تغيير الموقع الطيفي لذروة النقل البصري الإلكتروني (EOT) بحيث يمكن الكشف عن أحداث الارتباط الكيميائي بصريًا عند الطول الموجي المطلوب. ^{[ 25 ]} يوفر الاستشعار القائم على تقنية EOT ميزة رئيسية واحدة مقارنةً بمستشعر SPR الكيميائي من نوع Kretschmann، وهي كونه جهازًا بمقياس النانومتر إلى الميكرومتر؛ ولذلك فهو مناسب بشكل خاص للتصغير. ^{[ 26 ]}