قبل وقت طويل من أن يصبح الهمس صوتًا، يرقص في الهواء، غير مرئي ولكنه غني بالمعنى. الهيليوم، ضيف خجول في غلافنا الجوي، ينزلق عبر شقوق وفجوات صغيرة دون رائحة أو أثر، تمامًا مثل سر يحمل على الرياح. كان اكتشافه تحديًا دائمًا - ليس بسبب خطره، ولكن بسبب طبيعته الأثيرية. مستشعر جديد، تم تصوره في مجال المواد الطوبولوجية ومستنيرًا بكيفية انتشار الموجات في الهياكل المعقدة، يقدم الآن وسيلة للاستماع بشكل أكثر دقة إلى تلك الأغنية السرية.
في قلب هذه الابتكار يكمن تفاعل غريب بين الصوت والشكل، حيث يتوجه الباحثون إلى فئة من المواد المعروفة بخصائص سطحها غير العادية وسلوك الموجات القوي. تعتمد أجهزة استشعار الغاز التقليدية على التفاعلات الكيميائية بين الغاز ومواد الاستشعار؛ لكن الهيليوم، غير النشط كيميائيًا والهارب، غالبًا ما يمر دون ترك بصمات. يتجاوز المستشعر الجديد هذا القيد من خلال التركيز بدلاً من ذلك على أنماط الموجات الصوتية التي تسير عبر هيكل طوبولوجي مصمم خصيصًا.
تم تصميم الجهاز حول شبكة بنمط "كاجومي"، ويراقب كيف تتغير الموجات الصوتية عندما يكون الهيليوم موجودًا. بعبارات مجازية، يستمع إلى التحول الطفيف في الكورس بدلاً من الانتظار لظهور مغني منفرد. عندما يتسلل الهيليوم إلى الفضاء المحيط، فإنه يغير الطريقة التي تتحرك بها الموجات الصوتية عبر المادة - مثل نسيم ينحني بسطح بركة ساكنة - ويمكن قياس تلك التغييرات.
تمثل هذه الأساليب تحولًا أوسع في تكنولوجيا الاستشعار، حيث يمكن أن تكون الهندسة والخصائص الفيزيائية للمواد بنفس أهمية كيميائها. إن قدرة المادة الطوبولوجية على توجيه الموجات دون فقدان كبير، حتى في وجود عيوب، تجعلها مناسبة تمامًا لهذه المهمة الحساسة. إن هروب الهيليوم، الذي كان في السابق غير مرئي تقريبًا للكواشف التقليدية، يخلق الآن تموجًا يمكن تمييزه.
بعيدًا عن المختبر، فإن هذه القدرة لها جاذبية عملية. قد تجد الصناعات التي تعتمد على أنظمة الفراغ، والبرودة، ومكونات الفضاء، أو إنتاج أشباه الموصلات - حيث يمكن أن تشير حتى تسربات الهيليوم الدقيقة إلى عدم كفاءة مكلفة - أن هذه الطريقة الجديدة ذات قيمة. إن حساسية المستشعر واعتماده على سلوك الموجات الفيزيائية يفتح إمكانيات لمراقبة أكثر هدوءًا وموثوقية في البيئات التي تكافح فيها المستشعرات التقليدية.
في عالم حيث تعتمد الدقة غالبًا على أصغر التفاصيل، فإن القدرة على اكتشاف الطيران الصامت للهيليوم عبر الفضاء تؤكد ليس فقط على البراعة العلمية ولكن أيضًا على شعرية الاستماع - إلى القوى التي تتحرك ولكن لا يمكن رؤيتها.
حتى مع استمرار تطور هذه التكنولوجيا، تذكرنا إنجازاتها الحالية بأن الابتكار غالبًا ما ينشأ عند تقاطع التخصصات. من خلال دمج علوم المواد، والصوتيات، والطوبولوجيا، قام الباحثون بصياغة أداة تسمع ما كان في السابق صامتًا.
التقدم اللطيف في التكنولوجيا نادرًا ما يصنع عناوين مثل الرعد، ومع ذلك فإن كل تقدم طفيف يمهد الطريق لأنظمة أكثر أمانًا وكفاءة. مع انتقال هذا المستشعر الطوبولوجي من التحقق التجريبي نحو تطبيق أوسع، يكمن وعده في اليقين الهادئ - مساعدًا المهندسين والعلماء في اكتشاف ما كان غير ملحوظ سابقًا دون حكم قاسٍ، فقط وضوح مقاس لأداة مضبوطة بدقة.
تنبيه صورة الذكاء الاصطناعي (كلمات مقلوبة) المرئيات تم إنشاؤها باستخدام أدوات الذكاء الاصطناعي وليست صورًا حقيقية؛ إنها تعمل كأفكار توضيحية.
المصادر Physics World قسم المواد الطوبولوجية في Physics World TechXplore