Äskettäin sattumalta tiedemiesryhmä Sveitsin liittovaltion teknologiainstituutista Lausannesta, Sveitsistä ja Tokion teknillisestä korkeakoulusta Japanista, käytti femtosekuntilaserin ultranopeita laserpulsseja säteilyttämään atomeja telluriittilasissa ja havaitsi maininnan yllättävästä. salaisuus.
Femtosekuntilaserin säteilyttämät telluriittilasin atomit järjestivät uudelleen, jolloin tiedemiehet voivat löytää tavan muuttaa telluriittilasista puolijohdemateriaaleja. Miksi tämä löytö on hämmästyttävä? Pääsyynä on se, että puolijohdemateriaalit altistuvat auringonvalolle, ne tuottavat sähköä, mikä tarkoittaa, että tulevaisuudessa ihmisten arjen ikkunoita voidaan muuttaa yhdestä materiaalista koostuviksi valonkeräys- ja tunnistuslaitteiksi, joissa on epäilemättä paljon potentiaalia.
Sveitsin Lausannessa sijaitsevan liittovaltion teknologiainstituutin (EPFL) kokeellinen ryhmä törmäsi puolijohtavien telluurinanokiteisten faasien muodostumiseen lasipinnoille yrittäessään ymmärtää lasin itseorganisoitumisprosesseja, mikä laukaisi ajatuksen tutkia mahdollisia valonjohtavia ominaisuuksia ja niihin liittyviä valonkeräyslaitteita.
Tutkijat tekivät löydön modifioimalla lasia ja analysoimalla vaikutuksia Japanin Tokion teknillisen korkeakoulun kollegoiden tuottaman telluriittilasin ja femtosekuntilaserin avulla.
Kun etsattiin yksinkertainen viivakuvio halkaisijaltaan 1-cm telluriittilasin pinnalle, havaittiin, että lasi kykeni synnyttämään sähkövirtoja, jotka kestivät kuukausia ultravioletti- ja näkyvässä spektrissä säteilytettynä.
Joten miten femtosekundinen laser tekee sen? Se alkaa femtosekundin laserkäsittelyn periaatteella.
Femtosekuntien laserkäsittely on edistynyt prosessointitekniikka, joka perustuu usean fotonin epälineaariseen absorptio- ja ionisaatiomekanismiin. Kun femtosekunnin valopulssi kohdistetaan materiaalin pintaan tai läpinäkyvän materiaalin sisäpuolelle, valopulssin vaikutusalue on äärimmäisen pieni valopulssin äärimmäisen lyhyen keston vuoksi (femtosekuntitaso). valon voimakkuus on erittäin korkea. Tällöin laserpulssin energialla ei ole aikaa kulkea toimintapisteen ympäri, joten valopulssin toiminta tai käsittely on ohi hyvin lyhyessä ajassa.
Tämä erittäin lyhyt vaikutusaika mahdollistaa laserpulssin energian absorboitumisen materiaaliin pääasiassa epälineaarisen absorptioprosessin kautta tavanomaisen fotonienergian lineaarisen absorption sijaan. Epälineaarisesta absorptiosta johtuen materiaali ei kerää laserpulssin energiaa lämmön muodossa, joten syntyvä lämpö on lähes mitätöntä.
Koska lämpöä syntyy hyvin vähän, prosessoitavassa materiaalissa ei käytännössä tapahdu lämpövaurioita, mikä on femtosekundin laserkäsittelyn suuri etu. Tämän tyyppinen käsittely välttää lämmönsiirtovaikutuksen, mikä johtaa paljon parempaan tarkkuuteen ja tulokseen.
Se johtuu nimenomaan siitä, että femtosekunnin laserkäsittely laukaisee paikallisen ionisaatioilmiön, jonka laukaisee monifotoniabsorptioprosessi, jota edelleen vahvistavat myöhemmät peräkkäiset tapahtumat, kuten lumivyöry ja/tai tunneliionisaatio.
Yksinkertaisesti sanottuna, kun materiaalin sisäinen rakenne on häiriintynyt ja se on tilassa, on luotu olosuhteet rekombinanttimateriaalin faaseille, jotka ovat stabiilimpia verrattuna alun perin alistabiileihin (lasimaisiin tai ei-lasimaisiin) vastaaviin.
Telluriittilasin rakenteen muuttuessa femtosekunnin laserille altistuessa telluuriatomien ryhmistä koostuvat siemenet muodostuvat ja kasvavat lopulta telluriittinanokiteiksi lasifaasin hajottua.
Aluksi materiaali ei johda sähköä eikä pysty keräämään fotoneja, mutta kun se on muunnettu femtosekunnin laserilla, sen paikallinen käyttäytyminen on täysin erilaista.
Hämmästyttävää on myös se, että tämä työ ei vaadi monenlaisia materiaaleja valmistukseen, vaan yksinkertaisesti käyttää laseria materiaalin paikallista muuttamiseen siten, että muutettu alue käyttäytyy eri tavalla kuin alkuperäinen materiaali. Laserin käytön alhaiset kustannukset ja yksinkertaisuus tekevät siitä skaalautuvan minkä tahansa tyyppiselle/kokoiselle alustalle yksinkertaisesti skannaamalla lasersäde materiaalin pinnan yli.
Tutkimuksessa on edelleen ongelmia, jotka on ymmärrettävä perusteellisesti, ja vielä on suoritettava prosessi laitteen suorituskyvyn parantamiseksi ja konseptin viemiseksi kokeilusta teolliseen laskeutumiseen.
Yksi suurista haasteista on varmistaa, että parannetut valoa absorboivat alueet ovat myös paljaalla silmällä näkymättömiä alueita, jotta ikkuna voi säilyttää toimintakykynsä samalla, kun ihmiset näkevät selvästi lasin läpi ulos, pitäen lasin esteettisenä. miellyttävä.
Kuitenkin tässä vaiheessa jotkin mahdolliset fotoniikan sovellukset, jotka vaativat työtä, kuten valon läsnäolon havaitseminen ja kvantifiointi tietyillä aallonpituuksilla tai spektrialueilla, ovat voineet hyötyä tästä.
