Недавно случайно группа ученых из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (Швейцария) и Токийского технологического института (Япония) использовала сверхбыстрые лазерные импульсы фемтосекундного лазера для облучения атомов в теллуритном стекле и обнаружила упоминание об удивительном секрет.
Атомы теллуритного стекла, облученные фемтосекундным лазером, реорганизовались, что позволило ученым найти способ превратить теллуритное стекло в полупроводниковые материалы. Почему это открытие удивительно? Основная причина заключается в том, что, когда полупроводниковые материалы подвергаются воздействию солнечного света, они генерируют электричество, а это означает, что в будущем можно будет превратить окна в повседневной жизни людей в светособирающие и воспринимающие устройства из одного материала, которые, несомненно, обладают большим потенциалом.
Экспериментальная группа из Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL), Швейцария, наткнулась на образование полупроводниковых нанокристаллических фаз теллура на поверхностях стекла, когда они пытались понять процессы самоорганизации в стекле, что породило идею изучения возможных фотопроводящие свойства и связанные с ними светособирающие устройства.
Исследователи сделали открытие, модифицировав стекло и проанализировав эффекты с помощью теллуритного стекла, произведенного коллегами из Токийского технологического института в Японии, и фемтосекундного лазера.
После травления простого рисунка линий на поверхности теллуритного стекла диаметром 1- см было обнаружено, что стекло способно генерировать электрические токи, которые сохраняются в течение нескольких месяцев при облучении в ультрафиолетовом и видимом спектрах.
Так как же это делает фемтосекундный лазер? Все начинается с принципа фемтосекундной лазерной обработки.
Фемтосекундная лазерная обработка — это передовая технология обработки, основанная на механизме многофотонного нелинейного поглощения и ионизации. При воздействии фемтосекундного светового импульса на поверхность материала или внутрь прозрачного материала область действия светового импульса чрезвычайно мала из-за чрезвычайно малой длительности светового импульса (фемтосекундный уровень), в то время как интенсивность света чрезвычайно высока. В этом случае энергия лазерного импульса не успевает обойти точку воздействия, поэтому воздействие или обработка светового импульса завершается за очень короткий промежуток времени.
Это чрезвычайно короткое время действия позволяет энергии лазерного импульса поглощаться материалом главным образом посредством процесса нелинейного поглощения вместо обычного линейного поглощения энергии фотонов. Благодаря нелинейному поглощению энергия лазерного импульса не аккумулируется материалом в виде тепла, поэтому выделяемое тепло практически незначительно.
Поскольку выделяется очень мало тепла, термическое повреждение обрабатываемого материала практически отсутствует, что является основным преимуществом фемтосекундной лазерной обработки. Этот тип обработки позволяет избежать эффекта теплопередачи, что приводит к гораздо более высокой точности и результатам.
Именно потому, что фемтосекундная лазерная обработка запускает явление локализованной ионизации, вызванное процессом многофотонного поглощения, которое дополнительно усиливается последующими каскадными событиями, такими как лавинная и/или туннельная ионизация.
Проще говоря, когда внутренняя структура материала нарушена и он находится в состоянии, создаются условия для возникновения рекомбинантных фаз материала, более стабильных по сравнению с их изначально субстабильными (стекловидными или нестеклообразными) аналогами.
В случае теллуритного стекла, поскольку его структура изменяется под воздействием фемтосекундного лазера, образуются зародыши, состоящие из кластеров атомов теллура, которые в конечном итоге вырастают в нанокристаллы теллурита по мере разрушения стеклянной фазы.
Изначально материал не проводит электричество и не способен собирать фотоны, но после преобразования фемтосекундным лазером его локальное поведение становится совершенно иным.
Что также удивительно, так это то, что эта работа не требует для изготовления различных материалов, а просто использует лазер для локального изменения материала, так что измененная область ведет себя иначе, чем исходный материал. Низкая стоимость и простота использования лазера позволяют масштабировать его для любого типа/размера подложки, просто сканируя лазерный луч по поверхности материала.
В исследованиях все еще есть проблемы, которые необходимо глубоко понять, и еще предстоит пройти процесс, чтобы улучшить производительность устройства и перевести концепцию от экспериментов к промышленному внедрению.
Одной из важнейших задач является обеспечение того, чтобы улучшенные области, поглощающие свет, были также областями, невидимыми невооруженным глазом, чтобы окно могло сохранять свою функциональность, позволяя людям ясно видеть сквозь стекло снаружи, сохраняя стекло эстетическим. приятно.
Однако на данном этапе некоторые потенциальные приложения фотоники, требующие таких работ, как обнаружение и количественная оценка присутствия света на определенных длинах волн или в спектральных диапазонах, смогли извлечь из этого выгоду.
