Äskettäin sattumalta tiedemiesryhmä Sveitsin liittovaltion teknologiainstituutista Lausannesta, Sveitsistä ja Tokion teknillisestä korkeakoulusta Japanista, käytti femtosekuntilaserien ultranopeita laserpulsseja säteilyttämään atomeja telluriittilasissa ja havaitsi maininnan hämmästyttävästä salaisuudesta. .
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 -anturilaitteiksi, joissa on epäilemättä suuri potentiaali.
Sveitsin Lausannessa sijaitsevan liittovaltion teknologiainstituutin kokeellinen ryhmä törmäsi puolijohtavien telluurinanokiteisten faasien muodostumiseen lasin pinnalle, kun he yrittivät ymmärtää lasin itseorganisoitumisprosessia, mikä laukaisi heidän ajatuksensa tutkia mahdollista muun muassa valonjohtavia ominaisuuksia ja niihin liittyviä valoenergian talteenottolaitteita.
Tutkijat tekivät löydön modifioimalla lasia Tokyo Institute of Technologyn kollegoiden valmistaman telluriittilasin ja femtosekuntilaserin avulla ja analysoimalla vaikutuksia.
Telluriittilasin muuttaminen läpinäkyväksi valoenergian kerääjäksi
Kun etsattiin yksinkertainen viivakuvio halkaisijaltaan 1 cm:n telluriittilasin pinnalle, tämä johti havaintoon, että lasi kykeni tuottamaan sähkövirtoja, jotka kestivät kuukausia altistuessaan ultravioletti- ja näkyvälle spektrille.
Joten miten femtosekundinen laser tekee tämän? 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 sisäosaan, valopulssin vaikutusalue on erittäin 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 merkityksetöntä.
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 juuri siitä, että femtosekunnin laserkäsittely laukaisee paikallisen ionisaatioilmiön, jonka laukaisee monifotoniabsorptioprosessi, jota edelleen vahvistavat myöhemmät peräkkäiset tapahtumat, kuten lumivyöry ja/tai tunneli-ionisaatio.
Yksinkertaisesti sanottuna, kun materiaalin sisäinen rakenne on häiriintynyt ja se on tilassa, on luotu olosuhteet rekombinanttimateriaalin faaseille, jotka ovat vakaampia verrattuna alun perin alistabiileihin (lasimaisiin tai ei-lasimaisiin) vastineisiinsa.
Telluriittilasin rakenteen muuttuessa femtosekuntilaserin vaikutuksesta 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.
On vielä asioita, jotka on ymmärrettävä, ja vielä on noudatettava prosessia laitteen suorituskyvyn parantamiseksi ja konseptin siirtämiseksi kokeellisesta teolliseen toteutukseen.
Yksi suurista haasteista on varmistaa, että paranneltu valoa imevä alue on myös paljaalla silmällä näkymätön alue, jotta ikkuna säilyttää toiminnallisuutensa, samalla kun ihmiset näkevät selvästi lasin läpi ulos ja pitävät se on esteettisesti miellyttävä.
Kuitenkin tässä vaiheessa jotkut mahdolliset fotoniikan sovellukset, jotka vaativat työtä, kuten valon läsnäolon havaitseminen ja kvantifiointi tietyillä aallonpituuksilla tai spektrialueilla, ovat voineet hyötyä tästä.
