Hiljuti kasutas Šveitsi Lausanne'is asuva Šveitsi Föderaalse Tehnoloogiainstituudi ja Jaapani Tokyo Tehnoloogiainstituudi teadlaste meeskond juhuslikult femtosekundilise laseri ülikiireid laserimpulsse telluriitklaasi aatomite kiiritamiseks ja avastas üllatava mainimise. saladus.
Femtosekundilise laseriga kiiritatud telluriitklaasi aatomid reorganiseeriti, võimaldades teadlastel avastada viisi, kuidas muuta telluriitklaas pooljuhtmaterjalideks. Miks on see avastus hämmastav? Peamine põhjus on selles, et pooljuhtmaterjalid päikesevalguse kätte sattudes toodavad elektrit, mis tähendab, et tulevikus on võimalik inimeste igapäevaelus olevad aknad muuta ühest materjalist valgust koguvateks ja tajutavateks seadmeteks, millel on kahtlemata suur potentsiaal.
Šveitsi Lausanne'i Föderaalse Tehnoloogiainstituudi (EPFL) eksperimentaalne meeskond komistas pooljuhtivate telluuri nanokristalliliste faaside moodustumisega klaaspindadel, kui nad püüdsid mõista klaasi iseorganiseerumisprotsesse, mis käivitas idee uurida võimalikke fotojuhtivad omadused ja nendega seotud valgust koguvad seadmed.
Teadlased tegid avastuse, muutes klaasi ja analüüsides mõjusid Jaapanis Tokyo Tehnoloogiainstituudi kolleegide toodetud telluriitklaasi ja femtosekundilise laseri abil.
Pärast 1-cm läbimõõduga telluriitklaasi pinnale lihtsa joonmustri söövitamist avastati, et klaas on ultraviolett- ja nähtavas spektris kiiritades võimeline tekitama elektrivoolu, mis kestis kuid.
Niisiis, kuidas femtosekundiline laser seda teeb? See algab femtosekundilise lasertöötluse põhimõttest.
Femtosekundiline lasertöötlus on täiustatud töötlemistehnoloogia, mis põhineb mitme fotoni mittelineaarsel neeldumis- ja ionisatsioonimehhanismil. Kui materjali pinnale või läbipaistva materjali sisemusse rakendatakse femtosekundilist valgusimpulssi, on valgusimpulsi toimepiirkond valgusimpulsi ülilühikese kestuse tõttu (femtosekundi tase) üliväike. valguse intensiivsus on äärmiselt kõrge. Sel juhul ei jõua laserimpulsi energial aega liikuda ümber toimepunkti, nii et valgusimpulsi toime või töötlemine on väga lühikese aja jooksul läbi.
See ülilühike toimeaeg võimaldab laserimpulsi energia neeldumist materjalis peamiselt mittelineaarse neeldumisprotsessi kaudu, mitte tavapärase footonenergia lineaarse neeldumise asemel. Tänu mittelineaarsele neeldumisele ei akumuleeru laserimpulsi energiat materjal soojuse kujul ja seetõttu on tekkiv soojus peaaegu tühine.
Kuna soojust tekib väga vähe, ei teki töödeldaval materjalil praktiliselt mingeid termilisi kahjustusi, mis on femtosekundilise lasertöötluse suur eelis. Seda tüüpi töötlemine väldib soojusülekande efekti, mille tulemuseks on palju suurem täpsus ja tulemused.
Just seetõttu, et femtosekundiline lasertöötlus käivitab lokaliseeritud ionisatsiooninähtuse, mille käivitab mitmefotoni neeldumisprotsess, mida võimendavad veelgi järgnevad kaskaadsündmused, nagu laviin ja/või tunneli ionisatsioon.
Lihtsamalt öeldes, kui materjali sisemine struktuur on häiritud ja see on seisukorras, on loodud tingimused rekombinantse materjali faasideks, mis on stabiilsemad võrreldes nende algselt alastabiilsete (klaasjas või mitteklaasjas) vastetega.
Telluriitklaasi puhul, kuna selle struktuur muutub femtosekundilise laseriga kokkupuutel, moodustuvad telluuriaatomite kobaratest koosnevad seemned, mis lõpuks klaasifaasi lagunedes kasvavad telluriidi nanokristallideks.
Esialgu ei juhi materjal elektrit ega suuda footoneid koguda, kuid kui seda femtosekundilise laseriga teisendada, on selle lokaalne käitumine täiesti erinev.
Hämmastav on ka see, et selle töö valmistamiseks ei ole vaja mitmesuguseid materjale, vaid kasutatakse lihtsalt laserit materjali lokaalseks muutmiseks, nii et muudetud piirkond käitub algsest materjalist erinevalt. Laseri kasutamise madal hind ja lihtsus muudavad selle skaleeritavaks igat tüüpi/suuruses substraadile, lihtsalt skaneerides laserkiire üle materjali pinna.
Uuringutega on endiselt probleeme, mida tuleb põhjalikult mõista, ja veel on vaja läbida protsess, et parandada seadme jõudlust ja viia kontseptsioon eksperimenteerimisest tööstusliku maandumiseni.
Üks suuri väljakutseid on tagada, et täiustatud valgust neelavad alad oleksid ka palja silmaga nähtamatud, et aken saaks säilitada oma funktsionaalsuse, võimaldades samal ajal inimestel läbi klaasi väljapoole selgelt näha, hoides klaasi esteetiliselt. meeldiv.
Kuid praeguses etapis on mõned potentsiaalsed fotoonikarakendused, mis nõuavad tööd, nagu valguse olemasolu tuvastamine ja kvantifitseerimine teatud lainepikkustel või spektrivahemikel, sellest kasu saanud.
