Nylig, ved en tilfeldighet, brukte et team av forskere fra Swiss Federal Institute of Technology i Lausanne, Sveits, og Tokyo Institute of Technology, Japan, ultraraske laserpulser fra en femtosekundlaser for å bestråle atomer i tellurittglass og oppdaget omtale av en overraskende hemmelig.
Atomer av tellurittglass bestrålt av femtosekundlaseren ble omorganisert, slik at forskere kunne oppdage en måte å gjøre tellurittglass om til halvledermaterialer. Hvorfor er denne oppdagelsen fantastisk? Hovedårsaken er at når halvledermaterialer utsettes for sollys, genererer de elektrisitet, noe som betyr at det i fremtiden vil være mulig å forvandle vinduer i folks daglige liv til enkeltmateriale som samler og registrerer lys som utvilsomt har et stort potensial.
Eksperimentteamet fra Swiss Federal Institute of Technology i Lausanne (EPFL), Sveits, snublet over dannelsen av halvledende tellur nanokrystallinske faser på glassoverflater da de prøvde å forstå selvorganiseringsprosesser i glass, noe som utløste ideen om å utforske mulige fotokonduktive egenskaper og lysinnsamlingsutstyr relatert til dem.
Forskerne gjorde oppdagelsen ved å modifisere glasset og analysere effektene ved hjelp av tellurittglass produsert av kolleger ved Tokyo Institute of Technology i Japan og en femtosekundlaser.
Etter å ha etset et enkelt mønster av linjer på overflaten av 1-cm-diameter tellurittglass, ble det dermed oppdaget at glasset var i stand til å generere elektriske strømmer som varte i flere måneder når det ble bestrålt i de ultrafiolette og synlige spektrene.
Så hvordan gjør en femtosekundlaser det? Det starter med prinsippet om femtosekund laserbehandling.
Femtosekund laserbehandling er en avansert prosesseringsteknologi basert på en ikke-lineær multi-foton absorpsjons- og ioniseringsmekanisme. Når en femtosekund-lyspuls påføres overflaten av et materiale eller på innsiden av et gjennomsiktig materiale, er lyspulsens virkeområde ekstremt lite på grunn av den ekstremt korte varigheten av lyspulsen (femtosekundnivå), mens lysintensiteten er ekstremt høy. I dette tilfellet rekker ikke energien til laserpulsen å reise rundt aksjonspunktet, slik at virkningen eller behandlingen av lyspulsen er over i løpet av svært kort tid.
Denne ekstremt korte virkningstiden gjør at energien til laserpulsen kan absorberes av materialet hovedsakelig gjennom en ikke-lineær absorpsjonsprosess, i stedet for den konvensjonelle lineære absorpsjonen av fotonenergi. På grunn av den ikke-lineære absorpsjonen blir energien til laserpulsen ikke akkumulert av materialet i form av varme, og derfor er varmen som genereres nesten ubetydelig.
Siden svært lite varme genereres, er det praktisk talt ingen termisk skade på materialet som behandles, noe som er en stor fordel med femtosekund laserbehandling. Denne typen prosessering unngår varmeoverføringseffekten, noe som resulterer i mye høyere presisjon og resultater.
Det er nettopp fordi femtosekund laserbehandling utløser et lokalisert ioniseringsfenomen utløst av multifotonabsorpsjonsprosessen, som forsterkes ytterligere av påfølgende kaskadehendelser som snøskred og/eller tunnelionisering.
Enkelt sagt, når den indre strukturen til et materiale er forstyrret og det er i en tilstand, er forholdene skapt for rekombinante materialfaser som er mer stabile sammenlignet med deres opprinnelig substabile (glassaktige eller ikke-glassaktige) motstykker.
Når det gjelder tellurittglass, ettersom strukturen endres ved eksponering for en femtosekundlaser, dannes frø som består av klynger av telluratomer og vokser til slutt til tellurittnanokrystaller når glassfasen brytes ned.
Til å begynne med leder ikke materialet elektrisitet og er ikke i stand til å samle fotoner, men når det først er transformert med en femtosekundlaser, er dets lokale oppførsel helt annerledes.
Det som også er utrolig er at dette arbeidet ikke krever en rekke materialer å fremstille, men bruker ganske enkelt laseren til å lokalt endre materialet slik at det endrede området oppfører seg annerledes enn det originale materialet. Den lave kostnaden og enkelheten ved å bruke en laser gjør den skalerbar til alle typer/størrelser av underlag, ganske enkelt ved å skanne laserstrålen over overflaten av materialet.
Det er fortsatt problemer med forskningen som må forstås i dybden, og det er fortsatt en prosess å gå gjennom for å forbedre ytelsen til enheten og ta konseptet fra eksperimentering til industriell landing.
En av de store utfordringene er å sikre at de forbedrede områdene som absorberer lys også er områder som er usynlige for det blotte øye, slik at vinduet kan opprettholde sin funksjonalitet samtidig som det lar folk se klart gjennom glasset til utsiden, og beholde glasset estetisk. tilfredsstille.
På dette stadiet har imidlertid noen potensielle fotonikkapplikasjoner som krever arbeid som å oppdage og kvantifisere tilstedeværelsen av lys ved spesifikke bølgelengder eller spektralområder kunne dra nytte av dette.
