Aralarında Bilkent Üniversitesi Ulusal Nanoteknoloji Araştırma Merkezi (UNAM), Yale Üniversitesi, Viyana Teknik Üniversitesi ve Güney Kaliforniya Üniversitesi’nden araştırmacıların bulunduğu uluslararası ekip, açısal hafıza etkisini genelleyen yeni bir yöntem geliştirdi. Araştırma sonuçları Physical Review X’de yayınlandı. Geliştirilen yeni yöntem biyomedikal görüntüleme, optik metroloji, kuantum haberleşme gibi alanlarda gelişmelere yol açacak.
Yağmurlu bir günde durgun bir su yüzeyine düşen her bir su damlası yüzeyde düştüğü noktanın etrafında çember şeklinde yayılan bir dalga meydana getirir. Yüzeye düşen su damlalarının sayısı arttıkça su yüzeyinde oluşan dalga desenleri daha karmaşık bir hal alır. Benzer karmaşık dalga desenleri kâğıt, süt, biyolojik doku, ya da sis gibi opak bir tabakaya lazer ışığı tutulmasıyla da elde edilebilir. Işığın dalga olmasından kaynaklanan bu karmaşık desene benekli dalga deseni denir. Daha önce araştırmacılar bu benekli dalga desenleri arasındaki açısal hafıza etkisi denilen korelasyonları kullanarak normalde arkası görünmeyen opak cisimlerin -örneğin bir duvarın- arkasında saklanan nesneleri görüntülemenin yolunu bulmuşlardı.
Şekil 1: Kâğıt gibi beyaz görünen opak bir tabakadan geçen lazer ışığı benekli bir dalga deseni oluşturur.
Opak bir tabakadan geçen lazer ışığı, tabakanın arkasında benekli bir ışık deseni oluşturur. Bu benekli ışık deseni Şekil 1’de görüldüğü gibi her ne kadar rastgele bir desen izlenimi verse de içinde belirli korelasyonlar barındırır. Bu korelasyonlara en iyi örnek açısal hafıza etkisidir. Şekil 2(a)’da görüldüğü gibi açısal hafıza etkisi sayesinde opak tabaka yüzeyine gönderilen lazer ışığı demetinin küçük bir açı ile çevrilmesi, tabakanın arkasına geçen benekli dalga deseninin taranabilmesini sağlar. Ancak opak tabaka arkasındaki benekli desenin taranma yönü ve miktarı opak tabakanın ön yüzüne tutulan lazer ışığının açısal çevrilme yönü ve miktarı ile aynıdır. Yeni yöntem sayesinde opak yüzeye tutulan lazer ışığının hangi yönde ve miktarla çevrildiğinden bağımsız, arkada oluşan benekli desenin istenilen yönde taranabilmesi sağlandı. Yeni yöntemde ilk önce opak yüzeye gönderilen lazer ışığı ve arkasına geçen lazer ışığı arasındaki bağıntıyı veren ‘geçirgenlik matrisi’ ölçülüyor. Daha sonra geçirgenlik matrisindeki bilgi kullanılarak ışık modülatörü denilen bir cihazla yüzeye tutulan lazer ışığı şekillendiriliyor. Bu özel olarak şekillendirilmiş ışık açısal hafıza etkisinin de şekillendirilerek arkadaki benekli dalga deseninin istenilen şekilde davranmasını sağlıyor
Şekil 2: (a) Opak malzeme üzerine tutulan lazer ışığı demeti küçük bir açıda çevrilirse, arkada oluşan benekli ışık deseni aynı yönde ve miktarda hareket eder. (b) Uzaysal ışık modülatörü ile şekillendirilen lazer ışığı demeti, arkadaki benekli dalga deseninin herhangi bir miktarda ve herhangi bir yönde hareket edebilmesini sağlıyor.
Makalenin başyazarı, Bilkent Üniversitesi UNAM’dan Dr. Öğretim Üyesi Hasan Yılmaz çalışmayı şu şekilde özetliyor: ‘‘Daha önce bilimsel çevrelerce kabul edilmiş görüş açısal hafıza etkisinin tamamen opak malzemenin bir özelliği olduğu ve bu yüzden bu hafıza etkisini kullanan görüntü ve metroloji yöntemlerinin performansının malzemenin fiziksel özellikleriyle sınırlı olduğu yönündeydi. Biz bu çalışmamızda bu görüşün karamsal olduğunu, opak malzemenin fiziksel özelliklerinden bağımsız olarak sadece ışığın şeklinin uzayda kontrol edilmesiyle geçen ışık dalgalarının açısal hafızasının modifiye edilebileceğini gösterdik.’’ Yale Üniversitesi’nden Profesör Dr. Hui Cao ise şu şekilde ekliyor: ‘‘Bu yöntem opak malzemerin ötesinde fiber optik kablo, kaotik sistemler gibi diğer karmaşık sistemlerde farklı hafıza etkileri için de kullanılabilir.’’
Çalışmanın ortaklarından Viyana Teknoloji Üniversitesi (Avusturya) teori grubu lideri Prof. Stefan Rotter çalışma hakkında şunları söylüyor: ‘‘Bu sonuçlar, ışık dalgalarının uzaysal olarak şekillendirilmesinin gücünü etkili bir şekilde gösteriyor; ayrıca, opak tabakadan geçen benek desenindeki bellek etkisinin opak ortam içindeki ışık için de ilginç sonuçları olup olmadığı gibi çok sayıda yeni sorular ortaya çıkarıyor. Henüz cevaplanmayı bekleyen birçok heyecan verici soru var.’’
Yeni yöntemin diğer bir uygulama alanı kuantum enformasyon teknolojilerinde. Daha önce araştırmacılar kuantum ışık ile açısal hafıza etkisini gözlemledi. Yeni yöntem ile opak bir tabakadan saçılan dolanık fotonların kuantum hafıza etkisini modifiye etmek mümkün olacak. Kuantum korelasyonların bu şekilde modifiye edilebilmesi opak tabaka gibi karmaşık optik sistemlerde kuantum görüntüleme ve kuantum metroloji uygulamalarında gelişmelere neden olacak.