Çoğumuz ışığı her zaman düşünmeden, genellikle sıradan yollarla kontrol ederiz. Bir çift güneş gözlüğü takar, güneş kremi sürer ve panjurlarımızı kapatırız veya açarız. Basite indirgenmiş hali ile işin teorisine girmeden sizlere ışık ile ilgili bilgiler vereceğiz.
Işığın kontrolü zor ve evrende en hızlı hareket edebilen fotonlardan oluşmuş bir olgudur. Işığın kontrolü yüksek teknolojili biçimlerde de olabilir. Bunu okuduğunuz bilgisayar, tablet veya telefonun ekranı bir örnektir. Bir diğeri, fiber optik kablolar boyunca veri taşıyan sinyaller oluşturmak için ışığı kontrol eden telekomünikasyondur.
Li-Fi Nedir?
Li-Fi (LiFi olarak da yazılır), cihazlar arasında veri ve konum iletmek için ışık kullanan bir kablosuz iletişim teknolojisidir. Terim ilk olarak Harald Haas tarafından 2011 yılında Edinburgh’daki bir TEDGlobal konuşması sırasında tanıtıldı.
Teknik açıdan Li-Fi, görünür ışık, ultraviyole ve kızılötesi spektrumları üzerinden yüksek hızlarda veri iletebilen bir ışık iletişim sistemidir. Mevcut durumunda, görünür ışıkta veri iletimi için sadece LED lambalar kullanılabilir.
Nihai kullanımı açısından, teknoloji Wi-Fi’ye benzer – temel teknik fark, Wi-Fi’nin verileri iletmek için bir antende bir voltaj indüklemek için radyo frekansını kullanması, oysa Li-Fi’nin ışık yoğunluğunun modülasyonunu kullanmasıdır.
Li-Fi teorik olarak 100 Gbit/s’ye kadar hızlarda iletim yapabilir. Li-Fi’nin aksi takdirde elektromanyetik parazite duyarlı alanlarda (örneğin uçak kabinleri, hastaneler, askeriye) güvenli bir şekilde çalışabilmesi bir avantajdır. Teknoloji, dünya çapında çeşitli kuruluşlar tarafından geliştirilmektedir.
Kısa bilgiden sonra yazımıza dönelim;
Bilim adamları ayrıca laboratuvarda ışığı kontrol etmek için yüksek teknolojili yöntemler kullanıyorlar ve şimdi, sadece üç atom kalınlığında özel bir malzeme kullanan yeni bir buluş sayesinde, ışığı her zamankinden daha hassas bir şekilde kontrol edebiliyorlar.
Çalışma Uygulamalı Fizik ve Malzeme Bilimi Profesörü ve Liquid Sunlight Alliance (LiSA) direktörü Harry Atwater’ın laboratuvarında gerçekleştirildi. Science dergisinin 22 Ekim sayısında yayınlanan bir makalede yer almaktadır.
Çalışmayı anlamak için öncelikle ışığın bir dalga olarak var olduğunu ve dalgaların titreştiği yönü tanımlayan polarizasyon olarak bilinen bir özelliği olduğunu hatırlamamızda fayda var. Okyanusta sallanan bir teknede olduğunuzu hayal ettiğimizde, dalgalarının dikey bir polarizasyonu vardır, yani dalgalar teknenin altından geçerken yukarı ve aşağı hareket ederler.
Işık dalgaları hemen hemen aynı şekilde davranır, ancak bu dalgalar herhangi bir açıda polarize olabilir. Bir tekne ışık dalgalarına binebiliyorsa, bir yandan diğer yana, çapraz olarak, hatta spiral şeklinde sallanabilir. Polarizasyondan yola çıkarak ilerleyebiliriz.
Polarizasyon, ışığın belirli şekillerde kontrol edilmesini sağlamaktadır.
Örneğin, güneş gözlüklerinizdeki lensler parlamayı engeller. Bir masa hesap makinesinin ekranı, ışığı polarize ederek ve alanlarda engelleyerek okunaklı sayılar oluşturur. Polarize ışığın engellendiği alanlar karanlık, ışığın engellenmediği alanlar ise aydınlık görünür.
Araştırmacılar yaptıkları çalışmada ayarlanabilir, kesin ve son derece ince olan ışığı polarize etmek için bir malzeme oluşturmak için üç katman fosfor atomunu nasıl kullandıklarını anlatıyor.
Malzeme, birçok yönden tek atom kalınlığında katmanlardan oluşan karbon formları olan grafite veya grafene benzeyen siyah fosfordan yapılmıştır. Grafen üzerine yapılan çalışmalar Nobel ödülü getirmişti. Hatırlamada yarar var.
Ancak grafen katmanları tamamen düzken, siyah fosforun katmanları, bir çift kadife pantolonun veya oluklu mukavvanın dokusu gibi nervürlüdür. (Fosfor ayrıca, içindeki atomların dizilişi nedeniyle farklı olan kırmızı, beyaz ve mor formlarda gelir.)
Araştırmacı Atwater, bu kristal yapının siyah fosforun önemli ölçüde anizotropik optik özelliklere sahip olmasını sağladığını söylüyor. “Anizotropi, açıya bağlı olduğu anlamına gelir” diye açıklıyor. “Grafen gibi bir malzemede, ışık, polarize olduğu açı ne olursa olsun eşit olarak emilir ve yansıtılır. Siyah fosfor, ışığın polarizasyonu dalgalar boyunca hizalanırsa, çok farklı bir tepki vermesi anlamında çok farklıdır.”
Polarize ışık, siyah fosfordaki oluklar boyunca yönlendirildiğinde, malzeme ile oluklar boyunca yönlendirildiğinden farklı bir şekilde etkileşime girer – bir tür kadife kumaşta elinizi ovalamaktan daha kolay nasıl olduğu gibi de diyebiliriz.
Yine de birçok malzeme ışığı polarize edebilir ve bu yetenek tek başına özellikle yararlı değildir.
Atwater, siyah fosforu özel yapan şeyin, aynı zamanda bir yarı iletken olması, elektriği cam gibi bir yalıtkandan daha iyi ileten, ancak bakır gibi bir metal kadar iyi olmayan bir malzeme olması olduğunu söylüyor.
Mikroçiplerdeki silikon, bir yarı iletken örneğidir. Silikondan yapılmış küçük yapıların bir mikroçipteki elektrik akışını kontrol edebilmesi gibi, siyah fosfordan yapılmış yapılar da onlara bir elektrik sinyali uygulandığında ışığın polarizasyonunu kontrol edebilir.
“Bu küçük yapılar bu polarizasyon dönüşümünü yapıyor” diyor, “bu yüzden artık çok ince ve ayarlanabilir bir şey yapabilirim ve nanometre ölçeğinde. Farklı bir yansıyan polarizasyon durumuna göre her biri polarizasyonu dönüştürebilen bu küçük elementlerden bir dizi yapabilirim” diye de eklemede bulunuyor.
Telefon ekranlarında ve TV’lerde bulunan sıvı kristal ekran (LCD) teknolojisi zaten bu yeteneklerden bazılarına sahiptir, ancak siyah fosfor teknolojisinin çok daha ötesine geçme potansiyeli vardır. Siyah fosforlu bir dizinin “pikselleri”, LCD’lerdekinden 20 kat daha küçük olabilir, ancak girişlere bir milyon kat daha hızlı yanıt verebilir. Yani teknoloji hız kesmeden nano ölçeklerde hız kesmeden yoluna devam ediyor.
Bir milyon kat daha hızlı olması bir film izlemek veya çevrimiçi bir makale okumak için gerekli değildir.
Ancak telekomünikasyonda devrim yaratabilir, diyor.
Telekomünikasyon cihazlarında ışık sinyallerinin gönderildiği fiber optik kablo sadece iletim yapabilir.
Ancak ince siyah fosfor katmanlarına dayalı bir telekomünikasyon cihazı, her sinyalin polarizasyonunu, hiçbirinin birbirine karışmaması için ayarlayabilir.
Bu, bir fiber optik kablonun şimdi olduğundan çok daha fazla veri taşımasına izin verecektir.
Atwater, teknolojinin aynı zamanda, alandaki araştırmacıların Li-Fi olarak adlandırdığı Wi-Fi için ışık tabanlı bir yedeğin kapısını da açabileceğini söylüyor.
“Masamızın üstündeki bu çok havalı görünümlü lamba gibi aydınlatma, herhangi bir iletişim sinyali taşımıyor. Sadece ışık sağlıyor. Ancak gelecekteki bir Starbucks’ta oturup dizüstü bilgisayarınızın kablosuz bağlantısı için bir ışık sinyali almaması için hiçbir neden yok. Henüz tam olarak burada değil, ama buraya geldiğinde Wi-Fi’den en az yüz kat daha hızlı olacak.”
Kaynak: phys.org
