Nesen nejauši zinātnieku komanda no Šveices Federālā Tehnoloģiju institūta Lozannā (Šveice) un Tokijas Tehnoloģiju institūta Japānā izmantoja īpaši ātrus lāzera impulsus no femtosekundes lāzeriem, lai apstarotu atomus telūrīta stiklā, atklājot pieminēšanu par pārsteidzošu noslēpumu. .
Femtosekundes lāzera apstarotie telūrīta stikla atomi tika reorganizēti, ļaujot zinātniekiem atklāt veidu, kā pārvērst telūrīta stiklu par pusvadītāju materiāliem. Kāpēc šis atklājums ir pārsteidzošs? Galvenais iemesls ir tas, ka, pakļaujot pusvadītāju materiālus saules gaismai, tie rada elektrību, kas nozīmē, ka nākotnē cilvēku ikdienas dzīvē būs iespējams pārveidot logus par viena materiāla gaismas savākšanas un uztveršanas ierīcēm, kurām neapšaubāmi ir liels potenciāls.
Eksperimentālā komanda no Šveices federālā tehnoloģiju institūta Lozannā, Šveicē, nejauši atklāja pusvadītāju telūra nanokristālisko fāžu veidošanos uz stikla virsmas, kad viņi mēģināja izprast stikla pašorganizēšanās procesu, kas izraisīja viņu ideju par iespējamo izpēti. fotovadošās īpašības un ar tām saistītās gaismas enerģijas ieguves ierīces, cita starpā.
Pētnieki atklāja, modificējot stiklu ar telūrīta stiklu, ko ražojuši Tokijas Tehnoloģiju institūta kolēģi, un femtosekundes lāzeru un analizējot efektus.
Telurīta stikla pārveidošana par caurspīdīgu gaismas enerģijas kolektoru
Pēc tam, kad uz 1 cm diametra telūrīta stikla virsmas tika iegravēts vienkāršs līniju raksts, tika atklāts, ka stikls spēj radīt elektrisko strāvu, kas ilga vairākus mēnešus, pakļaujoties ultravioletā un redzamā spektra iedarbībai.
Tātad, kā to dara femtosekundes lāzers? Tas sākas ar femtosekundes lāzera apstrādes principu.
Femtosekundes lāzera apstrāde ir progresīva apstrādes tehnoloģija, kuras pamatā ir vairāku fotonu nelineāra absorbcijas un jonizācijas mehānisms. Ja materiāla virsmai vai caurspīdīga materiāla iekšpusei tiek pielietots femtosekundes gaismas impulss, gaismas impulsa darbības laukums ir ārkārtīgi mazs, jo gaismas impulss ir ārkārtīgi īss (femtosekundes līmenis), savukārt gaismas intensitāte ir ārkārtīgi augsta. Šajā gadījumā lāzera impulsa enerģijai nav laika pārvietoties ap darbības punktu, lai gaismas impulsa darbība vai apstrāde būtu beigusies ļoti īsā laika periodā.
Šis ārkārtīgi īsais darbības laiks ļauj materiālam absorbēt lāzera impulsa enerģiju, galvenokārt izmantojot nelineāru absorbcijas procesu, nevis parasto fotonu enerģijas lineāro absorbciju. Pateicoties nelineārajai absorbcijai, materiāls neuzkrāj lāzera impulsa enerģiju siltuma veidā, tāpēc radītais siltums ir gandrīz niecīgs.
Tā kā tiek ģenerēts ļoti maz siltuma, apstrādājamajam materiālam praktiski nav termisku bojājumu, kas ir galvenā femtosekundes lāzera apstrādes priekšrocība. Šāda veida apstrāde ļauj izvairīties no siltuma pārneses efekta, kā rezultātā tiek panākta daudz augstāka precizitāte un rezultāti.
Tas ir tieši tāpēc, ka femtosekundes lāzera apstrāde izraisa lokalizētu jonizācijas fenomenu, ko izraisa daudzfotonu absorbcijas process, ko vēl vairāk pastiprina sekojoši kaskādes notikumi, piemēram, lavīna un/vai tuneļa jonizācija.
Vienkārši sakot, kad materiāla iekšējā struktūra ir izjaukta un tas atrodas stāvoklī, ir radīti apstākļi rekombinantā materiāla fāzēm, kas ir stabilākas, salīdzinot ar sākotnēji substabilajām (stiklveida vai nestiklajām) līdziniekiem.
Telūrīta stikla gadījumā, kad tā struktūra mainās, pakļaujot femtosekundes lāzeru, sēklas, kas sastāv no telūra atomu kopām, veidojas un galu galā pāraug telūrīta nanokristālos, stikla fāzei sadaloties.
Sākotnēji materiāls nevada elektrību un nespēj savākt fotonus, bet pēc tam, kad tas ir pārveidots ar femtosekundes lāzeru, tā lokālā uzvedība ir pilnīgi atšķirīga.
Pārsteidzoši ir arī tas, ka šim darbam nav nepieciešami dažādi materiāli, bet gan vienkārši tiek izmantots lāzers, lai lokāli mainītu materiālu tā, lai izmainītais reģions izturas savādāk nekā oriģinālais materiāls. Lāzera izmantošanas zemās izmaksas un vienkāršība padara to pielāgojamu jebkura veida/izmēra substrātam, vienkārši skenējot lāzera staru virs materiāla virsmas.
Joprojām ir jāsaprot problēmas, un joprojām ir jāveic process, lai uzlabotu ierīces veiktspēju un koncepciju pārietu no eksperimentālas uz rūpniecisku ieviešanu.
Viens no lielajiem izaicinājumiem ir nodrošināt, lai uzlabotā zona, kas absorbē gaismu, būtu arī ar neapbruņotu aci neredzama zona, lai logs saglabātu savu funkcionalitāti, vienlaikus ļaujot cilvēkiem skaidri redzēt caur stiklu uz ārpusi un saglabāt tas ir estētiski patīkami.
Tomēr šajā posmā daži potenciālie fotonikas lietojumi, kuriem nepieciešams darbs, piemēram, gaismas klātbūtnes noteikšana un kvantitatīva noteikšana noteiktos viļņu garumos vai spektra diapazonos, ir varējuši gūt labumu no tā.
