فتح جديد

تمكن باحثون من إلقاء نظرة مفصَّلة على ما يحدث حين تتفاعل طاقة الضوء والإلكترونات.

في عملية تحويل الضوء إلى كهرباء -كما يحدث في الخلايا الشمسية- لا يتحول معظم الطاقة الضوئية إلى كهرباء؛ فالضوء حين يصطدم بشيء، يحفز إلكتروناته في عملية لا تستغرق إلا فمتوثانيات قليلة (والفمتوثانية جزء من مليون مليار كوادرليون جزء من الثانية)؛ وتعميق فهمنا لهذه العملية سيؤدي حكمًا إلى أنواع جديد من الأجهزة الإلكترونية أو الخلايا الشمسية المتقدمة.

لكن المشكلة كانت أن تلك العملية تحدُث بسرعة هائلة تفُوق قدرتنا على الملاحظة، بل إن أعلى التقنيات كان يستحيل عليها تسجيل ما يحدث، حتى استخدم باحثون من جامعة كيل الألمانية أخيرًا إحدى أسرع كاميرات العالم لتصوير حركة الإلكترونات؛ ووصف الفريق بحثه في مجلة فيزيكال ريفيو ليترز.

الضوء في مراحل

أطلق الباحثون نبضات ضوئية سريعة على جرافيت -اختاروا الجرافيت لبساطة بِنْيته الإلكترونية-، وسجلوا حركة الإلكترونات. قال مايكل باور، أستاذ الديناميكيات الفائقة السرعة في جامعة كيل «بفضل القصر الفائق لمدة النبضات الضوئية التي طبقناها، استطعنا تصوير العملية الفائقة السرعة تصويرًا مباشرًا.»

وبناء على الفيلم الذي صوروه، وصفوا ثلاث مراحل مختلفة: فالإلكترونات تمتص الطاقة الضوئية أولًا، ثم تتوزع الطاقة إلى الإلكترونات الأخرى، ثم تنتقل إلى الذرات الأخرى؛ وفي هذه المرحلة الأخيرة تتحول الطاقة إلى حرارة، أي إن الجرافيت باختصار: يسخن.

زاوية جديدة

صحيح أن تلك المراحل توقعت نظريًا من قبل، لكن هذه أول مرة تُرصد فيها المراحل وتُسجَّل، فالتطورات التقنية الحديثة أتاحت إجراء ذلك البحث على مستوى زمني لم يبلغه البشر قبل؛ وبتعميق فهمنا لسلوك الإلكترونات ستتحسن التقنيات المعتمِدة على الضوء والكهرباء بلا شك، فاتحًا أبواب مجالات لم نقتحمها قبل قط.