کشف نوع جدیدی از ماده: بلور بافت سه‌بعدی قابل بازنویسی در دمای اتاق

در دمای دقیق ۱۷ درجه سانتی‌گراد، یک بلور مهندسی‌شده ویژه از تانتالات-نیوبات پتاسیم حاوی لیتیوم (KTN:Li) کاری را انجام داد که انتظار نمی‌رود ماده انجام دهد.[1][2]

هنگامی که بلور از مرحله گذار فاز خود سرد می‌شد، دوقطبی‌های الکتریکی داخلی آن صرفاً به صورت دامنه‌های موازی که در مواد فروالکتریک معمول است، هم‌تراز نشدند.[1]

در عوض، این مناطق کوچک بار مثبت و منفی به طور خودبه‌خودی به صورت رشته‌های بلندی که از روی و زیر یکدیگر عبور می‌کردند، سازماندهی شدند و یک بافت سه‌بعدی پیچیده را تشکیل دادند.[1][2]

این پدیده که جزئیات آن در مقاله‌ای در جولای ۲۰۲۶ در نشریه Light: Science & Applications منتشر شد، اولین مشاهده از ظهور خودبه‌خودی یک بافت دامنه درهم‌تنیده در داخل یک بلور جامد است.[1][2]

شواهد این ساختار قوی است و بر اساس تکنیک‌های تصویربرداری پیشرفته بنا شده است. محققان بلور را با نور پلاریزه بررسی کردند و تصاویر میکروسکوپ کنتراست فاز را در اعماق مختلف ثبت کردند و تأیید کردند که الگوی درهم‌تنیده واقعاً سه‌بعدی است، نه صرفاً یک تصویر نوری دوبعدی.[1][3]

آرایش بافته شده در نتیجه شکست خودبه‌خودی تقارن ایجاد می‌شود. در دماهای بالاتر، بلور در حالت متقارن‌تری وجود دارد. با سرد شدن، تعادل نیروهای داخلی تغییر می‌کند و به قطبش الکتریکی موضعی اجازه می‌دهد تا در این نقص توپولوژیک پیچیده ظاهر شود.[1]

بلورهای KTN:Li خاصی که در این مطالعه استفاده شدند، با تغییرات دوره‌ای در ترکیب شیمیایی خود رشد داده شدند و شبکه‌های نواری ظریفی ایجاد کردند. این تغییرات بر خواص الکتریکی و نوری موضعی تأثیر می‌گذارند و شرایط لازم برای تشکیل بافت درهم‌تنیده را فراهم می‌کنند.[2]

فراتر از تشکیل خودبه‌خودی، ساختار بافته شده حساسیت قابل توجهی نسبت به نور از خود نشان می‌دهد. محققان کشف کردند که می‌توانند بخش‌های خاصی از این شبکه را با استفاده از یک لیزر سبز با تمرکز دقیق تغییر دهند.[1][2]

نور لیزر به صورت موضعی الگوی بافته شده را باز می‌کند و باعث می‌شود بخش‌هایی از آن ناپدید شده و دوباره سازماندهی شوند، بدون اینکه بر بلور اطراف تأثیر بگذارد. این دستکاری نقطه‌به‌نقطه توسط پرتو متمرکز که شرایط الکتریکی و حرارتی موضعی ماده را تغییر می‌دهد، هدایت می‌شود.[1]

این ساختار همچنین دارای شکل منحصر به فردی از حافظه و بازسازی است. اگر بلور بالاتر از دمای گذار خود گرم شود و سپس دوباره سرد شود، بافت درهم‌تنیده بازمی‌گردد.[2]

با این حال، با پیکربندی اصلی خود بازنمی‌گردد. هر چرخه حرارتی یک الگوی بافته شده کاملاً جدید ایجاد می‌کند که تا زمانی که دما تقریباً ثابت نگه داشته شود، پایدار می‌ماند.[2][3]

در حالی که مشاهدات واضح هستند، فیزیک زیربنایی تا حدی مبهم باقی مانده است. مکانیسم دقیقی که تعاملات رقابتی بین قطبش، ترکیب، دما و نور این ساختار پیچیده خاص را تولید می‌کند، هنوز یک پرسش باز است.[3]

این کشف نشان می‌دهد که ماده قادر به ایجاد اشکالی از نظم است که بسیار پیچیده‌تر از دامنه‌های هم‌تراز ساده‌ای است که به طور سنتی برای توصیف بلورها استفاده می‌شود.

محققان فرض می‌کنند که ساختارهای توپولوژیک بافته شده یا پیوند خورده مشابه ممکن است در سیستم‌های دیگری که تحت گذارهای شکست تقارن قرار می‌گیرند، مانند بلورهای مایع یا مواد کوانتومی، وجود داشته باشند، اما به سادگی مورد توجه قرار نگرفته‌اند.[2]

برای مهندسان فوتونیک، این ماده نگاهی وسوسه‌انگیز به فناوری‌های آینده ارائه می‌دهد. ترکیب یک ساختار سه‌بعدی پایدار و خودسازمانده و کنترل نوری موضعی، برای ذخیره‌سازی داده‌ها بسیار مطلوب است.[1][3]

ساختار دامنه بافته شده به عنوان یک نقص توپولوژیک محافظت‌شده گسترده با دیواره‌های دامنه باردار قفل‌شده عمل می‌کند. اینها به عنوان نقاط فعال‌سازی برای لیزر عمل می‌کنند و مسیری جدید برای دستیابی به حافظه فوتونیک حالت جامد معرفی می‌کنند.[1]

علاوه بر این، توانایی بازنویسی مکرر این بافت می‌تواند رویکردهای جدیدی را برای دستگاه‌های نوری قابل پیکربندی مجدد و محاسبات نورومورفیک (سخت‌افزاری که برای پردازش اطلاعات به روش‌های الهام‌گرفته از شبکه‌های عصبی طراحی شده است) الهام بخشد.[1][3]

با وجود این هیجان، این کاربردها همچنان قاطعانه در قلمرو پتانسیل‌های آینده باقی می‌مانند. تحقیقات کنونی یک مطالعه آزمایشگاهی در مقیاس کوچک است و تبدیل این پدیده به دستگاه‌های عملی در دمای اتاق، سال‌ها بهینه‌سازی مواد و مهندسی نیاز خواهد داشت.[3]