بلورة الجرمانيوم

يشير مصطلح "بلورة الجرمانيوم" عادةً إلى بلورة مصنوعة من عنصر الجرمانيوم (Ge)، وهو مادة شبه موصلة. ويُستخدم الجرمانيوم بكثرة في مجال البصريات والفوتونيات تحت الحمراء نظرًا لخصائصه الفريدة.

فيما يلي بعض الجوانب الرئيسية لبلورات الجرمانيوم وتطبيقاتها:

1. نوافذ وعدسات تعمل بالأشعة تحت الحمراءالجرمانيوم شفاف في منطقة الأشعة تحت الحمراء من الطيف الكهرومغناطيسي، وخاصة في نطاقي الأشعة تحت الحمراء متوسطة وطويلة الموجة. هذه الخاصية تجعله مناسبًا لتصنيع النوافذ والعدسات المستخدمة في أنظمة التصوير الحراري، وكاميرات الأشعة تحت الحمراء، وغيرها من الأجهزة البصرية التي تعمل بأطوال موجات الأشعة تحت الحمراء.
2. أجهزة الكشفيُستخدم الجرمانيوم أيضًا كركيزة لصنع كواشف الأشعة تحت الحمراء، مثل الثنائيات الضوئية والموصلات الضوئية. تستطيع هذه الكواشف تحويل الأشعة تحت الحمراء إلى إشارة كهربائية، مما يُمكّن من الكشف عن ضوء الأشعة تحت الحمراء وقياسه.
3. التحليل الطيفيتُستخدم بلورات الجرمانيوم في أجهزة التحليل الطيفي بالأشعة تحت الحمراء. ويمكن استخدامها كمقسمات للشعاع، وموشورات، ونوافذ لمعالجة وتحليل ضوء الأشعة تحت الحمراء لأغراض التحليل الكيميائي والمادي.
4. البصريات الليزريةيمكن استخدام الجرمانيوم كمادة بصرية في بعض ليزرات الأشعة تحت الحمراء، وخاصة تلك التي تعمل في نطاق الأشعة تحت الحمراء المتوسطة. ويمكن استخدامه كوسط تضخيم أو كمكون في تجاويف الليزر.
5. الفضاء وعلم الفلكتُستخدم بلورات الجرمانيوم في التلسكوبات التي تعمل بالأشعة تحت الحمراء والمراصد الفضائية لدراسة الأجرام السماوية التي تُصدر إشعاعًا تحت أحمر. وهي تُساعد الباحثين على جمع معلومات قيّمة عن الكون لا يُمكن رؤيتها بالضوء المرئي.

يمكن تنمية بلورات الجرمانيوم باستخدام طرق متنوعة، مثل طريقة تشوخرالسكي (CZ) أو طريقة منطقة التعويم (FZ). تتضمن هذه العمليات صهر وتصليد الجرمانيوم بطريقة مضبوطة لتشكيل بلورات أحادية ذات خصائص محددة.

من المهم الإشارة إلى أنه على الرغم من امتلاك الجرمانيوم خصائص فريدة في مجال البصريات تحت الحمراء، إلا أن استخدامه محدود بعوامل مثل التكلفة، والتوافر، ونطاق نفاذيته الضيق نسبيًا مقارنةً ببعض المواد الأخرى المستخدمة في الأشعة تحت الحمراء مثل سيلينيد الزنك (ZnSe) أو كبريتيد الزنك (ZnS). ويعتمد اختيار المادة على التطبيق المحدد ومتطلبات النظام البصري.