یک طرح پیشنهادی برای تولید پالس‌های نور چنبره‌ای که دونات‌های گذرا (flying doughnuts) نامیده می‌شوند، از شبه موادی شامل تشدیدگرهای ریز به صورت حلقه‌های هم‌مرکز استفاده می‌کند.

امواج الکترومغناطیسی در کتابهای درسی نوعاً عرضی هستند بدین معنا که میدان‌های الکتریکی و مغناطیسی‌شان بر جهت انتشار موج عمود است. اما جبهه‌های موج الکترومغناطیسی خاصی هم هستند که مولفه میدان طولی، موازی با جهت انتشار دارند. یکی از این موارد دونات الکترومغناطیسی گذرا است که میدان‌های آن حول یک چنبره پیچیده‌اند. چنین پالس‌هایی علی الاصول می‌توانند اطلاعات را منتقل کنند، ذرات را شتاب بدهند یا در اسپکتروسکوپی استفاده شوند اما تا به حال هرگز مشاهده نشده‌اند. طرح جدیدی از نیکولای ژلوودفNikolay Zheludev و همکارانش از دانشگاه سَوتامپتون انگلستان نشان‌ می‌دهد که شاید بتوان دونات‌های گذرا را با استفاده از چیدمان دایره‌ای از تشدیدگر‌هایی بر پایه شبه مواد ایجاد کرد.

دونات‌های گذرا، که بیش از 20 سال پیش مطرح شدند، پالس‌های یک دوره‌ای (one-cycle) هستند یعنی وقتی بسته موج از نقطه‌ای از فضا می‌گذرد میدان‌ها فقط یکبار بالا و پایین می‌روند. چنین پالس فشرده‌ای برای تحویل انرژی یا اطلاعات ایده‌آل خواهد بود. مشکل اینجاست که ساختار فضایی پیچیده‌ و موقت یک دونات گذرا را نمی‌توان با تک آنتن ایجاد کرد بلکه نیازمند آرایه‌ای از آنتن‌ها است که موج‌هایی با فرکانس‌های متفاوت و فازهای متفاوت تابش کنند. هماهنگ کردن ورودی‌های الکتریکی به آنتن‌هایی که چنین طرح تابشی در طول‌موج‌های نوری تولید کنند فراتر از فناوری امروز است.

استراتژی ژلوودف و همکارانش اجازه می‌دهد که یک پالس نور معمولی را با استفاده از مبدل قطبش و ماده شبه پایداری که به طور مخصوص طراحی شده به دونات گذرا تبدیل کرد. شبه ماده پیشنهادی یک ورقه تخت شامل طرحی از تشدیدگرهای دوقطبی کوچک چیده شده در حلقه‌های متحدالمرکز است. وقتی این طرح با پالس نور فرودی برانگیخنه شود، تشدیدگرهای به طور جداگانه پالس تابش می‌کنند-درست مثل آرایه‌ی آنتن‌های هماهنگ. تشدیدگرها اَشکال مختلفی دارند که روی تابش آن‌ها اثر می‌گذارد: تشدیدگرهای نزدیک به مرکز پالس‌هایی کوتاهتر و با فرکانس بالاتر نسبت به آ‌نهایی که دور از مرکزند تابش می‌کنند. گروه تحقیق با انجام شبیه‌سازی‌های عددی نشان داده‌است که شبه ماده می‌تواند دونات‌های گذرا تولید کند و هم اکنون در حال کار بر روی نمونه اولیه‌ آزمایشگاهی است.

این تحقیق در Physical Review B به چاپ رسیده است.

منبع