Onlangs gebruikte een team van wetenschappers van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Lausanne, Zwitserland, en het Tokyo Institute of Technology, Japan, bij toeval ultrasnelle laserpulsen van een femtosecondelaser om atomen in tellurietglas te bestralen en ontdekte de vermelding van een verrassende geheim.
Atomen van tellurietglas bestraald door de femtoseconde-laser zijn gereorganiseerd, waardoor wetenschappers een manier konden ontdekken om tellurietglas in halfgeleidermaterialen te veranderen. Waarom is deze ontdekking verbazingwekkend? De belangrijkste reden is dat wanneer halfgeleidermaterialen worden blootgesteld aan zonlicht, ze elektriciteit opwekken, wat betekent dat het in de toekomst mogelijk zal zijn om ramen in het dagelijks leven van mensen te transformeren in lichtopvang- en detectieapparaten uit één materiaal, die ongetwijfeld een groot potentieel hebben.
Het experimentele team van het Zwitserse Federale Instituut voor Technologie in Lausanne (EPFL), Zwitserland, stuitte op de vorming van halfgeleidende tellurium nanokristallijne fasen op glasoppervlakken toen ze probeerden de zelforganisatieprocessen in glas te begrijpen, wat leidde tot het idee om mogelijke fotogeleidende eigenschappen en daarmee verband houdende lichtopvangapparatuur.
De onderzoekers deden de ontdekking door het glas aan te passen en de effecten te analyseren met behulp van tellurietglas geproduceerd door collega's van het Tokyo Institute of Technology in Japan en een femtoseconde-laser.
Na het etsen van een eenvoudig patroon van lijnen op het oppervlak van tellurietglas met een diameter van 1- cm, werd ontdekt dat het glas in staat was elektrische stromen te genereren die maanden aanhielden bij bestraling in het ultraviolette en zichtbare spectrum.
Dus hoe doet een femtoseconde-laser het? Het begint met het principe van femtoseconde-laserverwerking.
Femtoseconde-laserverwerking is een geavanceerde verwerkingstechnologie gebaseerd op een niet-lineair absorptie- en ionisatiemechanisme met meerdere fotonen. Wanneer een femtoseconde lichtpuls wordt toegepast op het oppervlak van een materiaal of op de binnenkant van een transparant materiaal, is het werkingsgebied van de lichtpuls extreem klein vanwege de extreem korte duur van de lichtpuls (femtosecondeniveau), terwijl de de lichtintensiteit is extreem hoog. In dit geval heeft de energie van de laserpuls geen tijd om rond het actiepunt te reizen, zodat de actie of verwerking van de lichtpuls in zeer korte tijd voorbij is.
Door deze extreem korte werkingsduur kan de energie van de laserpuls door het materiaal worden geabsorbeerd, voornamelijk via een niet-lineair absorptieproces, in plaats van de conventionele lineaire absorptie van fotonenenergie. Door de niet-lineaire absorptie wordt de energie van de laserpuls niet door het materiaal geaccumuleerd in de vorm van warmte en daarom is de gegenereerde warmte vrijwel verwaarloosbaar.
Omdat er zeer weinig warmte wordt gegenereerd, is er vrijwel geen thermische schade aan het te bewerken materiaal, wat een groot voordeel is van femtoseconde-laserbewerking. Dit type verwerking vermijdt het warmteoverdrachtseffect, wat resulteert in een veel hogere precisie en resultaten.
Het is precies omdat femtoseconde-laserverwerking een gelokaliseerd ionisatiefenomeen teweegbrengt dat wordt veroorzaakt door het multifoton-absorptieproces, dat verder wordt versterkt door daaropvolgende opeenvolgende gebeurtenissen zoals lawines en/of tunneling-ionisatie.
Simpel gezegd: wanneer de interne structuur van een materiaal wordt verstoord en het zich in een bepaalde staat bevindt, zijn de omstandigheden gecreëerd voor recombinante materiaalfasen die stabieler zijn vergeleken met hun aanvankelijk substabiele (glazige of niet-glazige) tegenhangers.
In het geval van tellurietglas, wanneer de structuur ervan verandert bij blootstelling aan een femtoseconde-laser, vormen zich zaden bestaande uit clusters van telluriumatomen die uiteindelijk uitgroeien tot telluriet-nanokristallen wanneer de glasfase afbreekt.
Aanvankelijk geleidt het materiaal geen elektriciteit en kan het geen fotonen verzamelen, maar eenmaal getransformeerd met een femtosecondelaser is het lokale gedrag compleet anders.
Wat ook verbazingwekkend is, is dat dit werk niet een verscheidenheid aan materialen vereist om te vervaardigen, maar eenvoudigweg de laser gebruikt om het materiaal lokaal te veranderen, zodat het veranderde gebied zich anders gedraagt dan het originele materiaal. De lage kosten en eenvoud van het gebruik van een laser maken deze schaalbaar voor elk type/grootte substraat, eenvoudigweg door de laserstraal over het oppervlak van het materiaal te scannen.
Er zijn nog steeds problemen met het onderzoek die diepgaand moeten worden begrepen, en er moet nog steeds een proces worden doorlopen om de prestaties van het apparaat te verbeteren en het concept van experimenten naar industriële landing te brengen.
Een van de grote uitdagingen is ervoor te zorgen dat de verbeterde gebieden die licht absorberen ook gebieden zijn die onzichtbaar zijn voor het blote oog, zodat het raam zijn functionaliteit kan behouden en mensen toch duidelijk door het glas naar buiten kunnen kijken, waardoor het glas esthetisch blijft. aangenaam.
In dit stadium hebben sommige potentiële fotonica-toepassingen waarvoor werk nodig is, zoals het detecteren en kwantificeren van de aanwezigheid van licht op specifieke golflengten of spectrale bereiken, hiervan kunnen profiteren.
