Hiljuti kasutas juhuse tahtel Šveitsi Föderaalse Tehnoloogiainstituudi teadlaste meeskond Šveitsis Lausanne'is ja Jaapani Tokyo Tehnoloogiainstituudis femtosekundiliste laserite ülikiireid laserimpulsse aatomite kiiritamiseks telluriitklaasis, avastades, et mainitakse hämmastavat saladust. .
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 käes tekitavad elektrit, mis tähendab, et tulevikus on võimalik inimeste igapäevaelus olevad aknad muuta ühest materjalist valgust koguvateks ja tundlikeks seadmeteks, millel on kahtlemata suur potentsiaal.
Šveitsis Lausanne'is asuva Šveitsi föderaalse tehnoloogiainstituudi eksperimentaalrühm komistas pooljuhtivate telluuri nanokristalliliste faaside moodustumisega klaasi pinnal, kui nad püüdsid mõista klaasis toimuvat iseorganiseerumisprotsessi, mis käivitas nende idee uurida võimalikke fotojuhtivusomadused ja nendega seotud valgusenergia kogumise seadmed muuhulgas.
Teadlased tegid avastuse, muutes klaasi Tokyo Tehnoloogiainstituudi kolleegide toodetud telluriitklaasi ja femtosekundilise laseri abil ning analüüsides selle mõju.
Telluriitklaasi muutmine läbipaistvaks valgusenergia kollektoriks
Pärast lihtsa joonmustri söövitamist 1 cm läbimõõduga telluriitklaasi pinnale avastas see, et klaas suudab ultraviolett- ja nähtava spektriga kokku puutudes tekitada 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 (femtosekundi tase) tõttu 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 äärmiselt lühike toimeaeg võimaldab laserimpulsi energia neelduda materjalis peamiselt mittelineaarse neeldumisprotsessi kaudu, mitte tavapärase footonenergia lineaarse neeldumise asemel. Tänu mittelineaarsele neeldumisele ei kogune laserimpulsi energiat materjal soojuse kujul ja seetõttu on tekkiv soojus peaaegu tühine.
Kuna soojust tekib väga vähe, pole 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 kokkupuutel femtosekundilise laseriga, moodustuvad telluuriaatomite kobaratest koosnevad seemned, mis lõpuks klaasifaasi lagunedes kasvavad telluriidi nanokristallideks.
Algselt ei juhi materjal elektrit ega suuda footoneid koguda, kuid pärast femtosekundilise laseriga teisendamist 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 muudab selle skaleeritavaks igat tüüpi/suuruses substraadile, lihtsalt skaneerides laserkiire üle materjali pinna.
Endiselt on probleeme, millest tuleb aru saada, ja seadme jõudluse parandamiseks ja kontseptsiooni katsetamiseks tööstuslikuks rakendamiseks tuleb veel järgida.
Üks suur väljakutse on see, kuidas tagada, et täiustatud valgust neelav ala oleks ka palja silmaga nähtamatu, et aken säilitaks oma funktsionaalsuse, võimaldades samal ajal inimestel läbi klaasi väljapoole selgelt näha ja hoida see on 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.
