التطبيقات

حد الحيود بقع الحيود يحدث الحيود عندما يمر مصدر ضوء نقطي عبر فتحة دائرية، مما يؤدي إلى إنشاء نمط حيود خلف الفتحة. يتكون هذا النمط من سلسلة من الحلقات الساطعة والداكنة متحدة المركز المعروفة باسم الأقراص الهوائية. عندما تتداخل الأقراص الهوائية لمصدرين نقطيين، يحدث تداخل، مما يجعل من المستحيل التمييز بين المصدرين. المسافة بين مراكز الأقراص الهوائية، والتي تساوي نصف قطر القرص الهوائي، تحدد حد الحيود. يفرض حد الحيود قيودًا على دقة المجاهر الضوئية، مما يمنع التمييز القابل للحل بين الأشياء أو التفاصيل القريبة جدًا من بعضها البعض. كلما كان الطول الموجي للضوء أقصر، قل حد الحيود وزادت الدقة. علاوة على ذلك، فإن الأنظمة البصرية ذات الفتحة العددية الأكبر (NA) لها حد حيود أصغر وبالتالي دقة أعلى. أقراص متجددة الهواء معادلة حساب الدقة، تمثل NA الفتحة الرقمية: الدقة ¼rï¼ = 0.16μ / NA على مر التاريخ، انطلق العلماء في رحلة طويلة ومليئة بالتحديات لتجاوز حد الحيود في المجاهر الضوئية. من المجاهر الضوئية المبكرة إلى تقنيات الفحص المجهري الحديثة فائقة الدقة، ظل الباحثون يستكشفون ويبتكرون باستمرار. لقد جربوا أساليب مختلفة، مثل استخدام مصادر الضوء ذات الطول الموجي الأقصر، وتحسين تصميم الأهداف، واستخدام تقنيات التصوير المتخصصة. وتشمل بعض الإنجازات الهامة ما يلي: 1. الفحص المجهري الضوئي للمسح قريب المدى (NSOM): يستخدم NSOM مسبارًا يتم وضعه بالقرب من سطح العينة للاستفادة من تأثير المجال القريب والحصول على تصوير عالي الدقة. 2. الفحص المجهري لاستنفاد الانبعاثات (STED): يستخدم STED تأثير استنفاد الانبعاثات المحفز لجزيئات الفلورسنت لتحقيق تصوير فائق الدقة. 3. الفحص المجهري للإضاءة الهيكلية (SIM): يعمل SIM على تحسين دقة التصوير من خلال أنماط إضاءة محددة وخوارزميات معالجة الصور. 4. المجهر التعريبي لجزيء واحد (SMLM): يحقق SMLM تصويرًا فائق الدقة من خلال تحديد وتتبع جزيئات الفلورسنت الفردية بدقة. 5. الفحص المجهري بالغمر بالزيت: يؤدي غمر العدسة الشيئية في زيت شفاف إلى زيادة الفتحة العددية في مساحة الجسم، مما يؤدي إلى تحسين الدقة. 6. المجهر الإلكتروني: من خلال استبدال أشعة الضوء بحزم إلكترونية، يستفيد المجهر الإلكتروني من الطبيعة الموجية للمادة وفقًا لمبدأ دي برولي. تمتلك الإلكترونات، ذات الكتلة مقارنة بالفوتونات، طولًا موجيًا أصغر وتظهر حيودًا أقل، مما يتيح دقة تصوير أعلى. المجهر الفلوري المقلوب مجهر إلكتروني لنقل الانبعاثات الميدانية CIQTEK 120 كيلو فولت TH-F120 لقد أتاحت لنا هذه التطورات مراقبة العالم المجهري على مستوى أعلى، واكتساب فهم أعمق لبنية ووظيفة الجزيئات البيولوجية والخصائص المجهرية للمواد. علاوة على ذلك، يقوم العلماء حاليًا بالبحث في التقنيات التالية لدفع حدود حد الحيود البصري: 1. الفحص المجهري لرنين البلازمون السطحي: تستخدم هذه التقنية رنين البلازمون السطحي على الأسطح المعدنية لتعزيز المجالات الكهرومغناطيسية المحلية وتحسين دقة التصوير. 2. المجهر الضوئي النانوي: يتعامل المجهر الضوئي النانوي مع هياكل الفوتون على المستوى النانوي للحصول على تصوير فائق الدقة. 3. الفحص المجهري الصوتي: تستخدم الموجات الصوتية في التصوير، بأطوال موجية أقصر مقارنة بالضوء، مما يتيح دقة أعلى. بالإضافة إلى ذلك، هناك اتجاهات بحثية أخرى تنتظر استكشافها لتجاوز حد الحيود، بما في ذلك: 1. الفحص المجهري للبصريات الخطية: تُستخدم التأثيرات البصرية غير الخطية، مثل الجيل التوافقي الثاني والجيل التوافقي الثالث، ...

هل تعلم أن الضوء يمكن أن يصدر الصوت؟ وفي أواخر القرن التاسع عشر، اكتشف العالم ألكسندر جراهام بيل (الذي يعتبر أحد مخترعي الهاتف) ظاهرة إنتاج المواد لموجات صوتية بعد امتصاصها للطاقة الضوئية، والمعروفة باسم التأثير الصوتي الضوئي.   ألكسندر جراهام بيل مصدر الصورة: تكنولوجيا سينا   بعد ستينيات القرن العشرين، ومع تطور تقنية الكشف عن الإشارات الضعيفة، ظهرت ميكروفونات عالية الحساسية وميكروفونات سيراميكية كهرضغطية. طور العلماء تقنية تحليل طيفي جديدة تعتمد على التأثير الصوتي الضوئي - التحليل الطيفي الصوتي، والذي يمكن استخدامه للكشف عن مواد العينات وخصائصها الحرارية الطيفية، لتصبح أداة قوية للأبحاث الفيزيائية والكيميائية في المركبات غير العضوية والعضوية وأشباه الموصلات والمعادن ومواد البوليمر ، إلخ.     كيف يمكننا أن نجعل الضوء يصدر صوتا؟ كما هو موضح في الشكل أدناه، يسقط مصدر الضوء المشكل بواسطة جهاز أحادي اللون، أو الضوء النبضي مثل الليزر النبضي، على خلية ضوئية صوتية. تمتص المادة المراد قياسها في الخلية الضوئية الصوتية الطاقة الضوئية، ويختلف معدل الامتصاص باختلاف الطول الموجي للضوء الساقط والمادة. ويرجع ذلك إلى مستويات الطاقة المختلفة للجزيئات الذرية المكونة في المواد المختلفة، ويزداد معدل امتصاص الضوء بواسطة المادة عندما يكون تردد ν للضوء الساقط قريبًا من مستوى الطاقة hν. إن الجزيئات الذرية التي تقفز إلى مستويات طاقة أعلى بعد امتصاص الضوء لا تبقى عند مستويات الطاقة الأعلى؛ وبدلاً من ذلك، فإنها تميل إلى إطلاق الطاقة والاسترخاء مرة أخرى إلى أدنى حالة أرضية، حيث تظهر الطاقة المتحررة غالبًا كطاقة حرارية وتتسبب في تمدد المادة حرارياً وتغير الحجم. عندما نقوم بتقييد حجم مادة ما، على سبيل المثال، عن طريق تعبئتها في خلية ضوئية صوتية، فإن توسعها يؤدي إلى تغيرات في الضغط. بعد تطبيق تعديل دوري على شدة الضوء الساقط، تتغير أيضًا درجة الحرارة والحجم والضغط للمادة بشكل دوري، مما يؤدي إلى ظهور موجة ميكانيكية يمكن اكتشافها. يمكن اكتشاف هذا التذبذب بواسطة ميكروفون حساس أو ميكروفون سيراميكي كهروضغطي، وهو ما نسميه الإشارة الصوتية الضوئية.   التخطيطي المبدأ     كيف يقوم مضخم القفل بقياس الإشارات الصوتية الضوئية؟   باختصار، يتم إنشاء الإشارة الصوتية الضوئية بواسطة إشارة ضغط أصغر بكثير يتم تحويلها من حرارة صغيرة جدًا (صادرة عن طريق الاسترخاء الذري أو الجزيئي). لا يمكن بالضرورة اكتشاف مثل هذه الإشارات الضعيفة للغاية بدون مكبرات الصوت المقفلة.   في التحليل الطيفي الصوتي الضوئي، تحتاج الإشارة المجمعة من الميكروفون إلى تضخيمها بواسطة مضخم أولي ومن ثم قفلها على إشارة التردد التي نحتاجها بواسطة مضخم قفل. وبهذه الطريقة، يمكن اكتشاف إشارة طيفية صوتية عالية نسبة الإشارة إلى الضوضاء ويمكن قياس خصائص العينة.   أطلقت CIQTEK سلسلة من أدوات الكشف عن الإشارات الضعيفة استنادًا إلى تراكمها التكنولوجي العميق وقدراتها الهندسية الممتازة للمنتج في مجال قياس الدقة الكمومية، ويعد مضخم القفل الرقمي LIA001M واحدًا منها، والذي يلعب دورًا مهمًا في البحث. البصريات، وعلوم المواد، وتكنولوجيا الكم، والمجهر المجهري الماسح، وأجهزة الاستشعار.     مضخم القفل CIQTEK LIA001M هو مضخم قفل رقمي عالي الأداء ومتعدد الوظائف. استنادًا إلى الأجهزة المتقدمة وتصميم تكنولوجيا معالجة الإشارات الرقمية، مع واجهات الإدخال والإخراج التناظرية الغنية، فهو يجمع بين مضخم القف...

ما هي المواد المضادة للمغناطيسية؟   الشكل 1: ترتيب العزم المغناطيسي في المغناطيسات المضادة   خصائص الحديد الشائعة هي المغناطيسية الحديدية، والكهرباء الحديدية، والمرونة الحديدية. تسمى المواد التي تحتوي على خواص حديدية أو أكثر في نفس الوقت بالمواد متعددة الحديد. عادةً ما تتمتع المواد الحديدية المتعددة بخصائص اقتران حديدية قوية، أي أن خاصية حديد واحدة للمادة يمكن أن تعدل خاصية حديد أخرى، مثل استخدام مجال كهربائي مطبق لتعديل الخواص الكهروضوئية للمادة وبالتالي التأثير على الخواص المغناطيسية الحديدية للمادة. ومن المتوقع أن تكون هذه المواد متعددة الحديد هي الجيل القادم من أجهزة الدوران الإلكترونية. من بينها، تمت دراسة المواد المضادة للمغناطيسية على نطاق واسع لأنها تظهر متانة جيدة للمجال المغناطيسي المطبق.   المغناطيسية المضادة هي خاصية مغناطيسية لمادة يتم فيها ترتيب اللحظات المغناطيسية بترتيب متدرج مضاد للتوازي ولا تظهر عزمًا مغناطيسيًا صافيًا مجهريًا. تسمى هذه الحالة المرتبة مغناطيسيًا بالمغناطيسية المضادة. داخل المادة المضادة للمغناطيسية الحديدية، تميل دوران إلكترونات التكافؤ المجاورة إلى أن تكون في اتجاهين متعاكسين ولا يتم إنشاء أي مجال مغناطيسي. المواد المضادة للمغناطيسية غير شائعة نسبيًا، ومعظمها لا يوجد إلا في درجات حرارة منخفضة، مثل أكسيد الحديدوز، وسبائك الحديد والمنغنيز، وسبائك النيكل، وسبائك الأرض النادرة، والبوريدات الأرضية النادرة، وما إلى ذلك. ومع ذلك، هناك أيضًا مواد مضادة للمغناطيسية في درجة حرارة الغرفة، مثل BiFeO3، والذي يخضع حاليًا لأبحاث ساخنة.   آفاق تطبيق المواد المضادة للمغناطيسية تعود معرفة المغناطيسية الحديدية المضادة بشكل أساسي إلى تطور تقنية تشتت النيوترونات حتى نتمكن من "رؤية" ترتيب السبينات في المواد وبالتالي تأكيد وجود المغناطيسية الحديدية المضادة. ربما ألهمت جائزة نوبل في الفيزياء الباحثين للتركيز على المواد المضادة للمغناطيسية، وتم استكشاف قيمة المغناطيسية الحديدية المضادة تدريجيًا.   المواد المغناطيسية المضادة هي أقل عرضة للتأين وتداخل المجال المغناطيسي ولها ترددات ذاتية وترددات انتقالية للحالة أعلى بعدة مرات من المواد المغناطيسية المغناطيسية النموذجية. يمكن ملاحظة الترتيب المغناطيسي المضاد في أشباه الموصلات بسهولة أكبر من الترتيب المغناطيسي المغناطيسي. هذه المزايا تجعل المواد المضادة للمغناطيسية مادة جذابة للإلكترونيات السبينية.   يستخدم الجيل الجديد من ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسي الأساليب الكهربائية لكتابة وقراءة المعلومات إلى المغناطيسات الحديدية، مما قد يقلل من مناعة المغناطيسات الحديدية ولا يفضي إلى تخزين مستقر للبيانات، ويمكن أن تكون المجالات الضالة للمواد المغناطيسية الحديدية عقبة كبيرة أمام التكامل العالي ذكريات. في المقابل، فإن المغناطيسات المضادة لها مغنطة صافية صفر، ولا تولد مجالات ضائعة، وغير حساسة للمجالات الخارجية. لذلك، فإن الذاكرة المبنية على المغناطيس الحديدي المضاد تحل مشكلة الذاكرة المغناطيسية بشكل مثالي وتصبح مادة ذاكرة محتملة جذابة للغاية.     الشكل 2: ذاكرة الوصول العشوائي المغناطيسية (صورة من الإنترنت)   مراقبة المجالات المغناطيسية المضادة لا يمكن فصل دراسة المجالات المغناطيسية المضادة عن تقنيات المراقبة. الوسائل الشائعة لمراقبة المجالات المغناطيسية هي الفحص المجهري للقوة المغناطيسية (MFM)، والذي يستخدم طرف إبرة مغناطيسية لتسجيل قوة المجال المغناطيسي...