Нещодавно випадково група вчених зі Швейцарського федерального технологічного інституту в Лозанні, Швейцарія, і Токійського технологічного інституту, Японія, використала надшвидкі лазерні імпульси від фемтосекундного лазера для опромінення атомів у телуритовому склі та виявила згадку про дивовижне секрет.
Атоми телуритового скла, опромінені фемтосекундним лазером, реорганізувалися, що дозволило вченим відкрити спосіб перетворити телуритове скло на напівпровідникові матеріали. Чому це відкриття дивовижне? Основна причина полягає в тому, що коли напівпровідникові матеріали піддаються впливу сонячного світла, вони виробляють електрику, а це означає, що в майбутньому вікна в повсякденному житті людей можна буде перетворити на одноматеріальні світлозбиральні та чутливі пристрої, які, безсумнівно, мають великий потенціал.
Експериментальна група зі Швейцарського федерального технологічного інституту в Лозанні (EPFL), Швейцарія, натрапила на утворення напівпровідникових нанокристалічних фаз телуру на скляних поверхнях, коли вони намагалися зрозуміти процеси самоорганізації в склі, що породило ідею дослідження можливих фотопровідні властивості та світлозбиральні пристрої, пов’язані з ними.
Дослідники зробили це відкриття, модифікувавши скло та проаналізувавши ефекти за допомогою телуритового скла, виробленого колегами з Токійського технологічного інституту в Японії, і фемтосекундного лазера.
Після травлення простого візерунка ліній на поверхні телуритового скла діаметром 1- см було виявлено, що скло здатне генерувати електричні струми, які тривають місяцями під час опромінення в ультрафіолетовому та видимому спектрі.
Отже, як це робить фемтосекундний лазер? Починається з принципу фемтосекундної лазерної обробки.
Фемтосекундна лазерна обробка — це вдосконалена технологія обробки, яка базується на механізмі багатофотонного нелінійного поглинання та іонізації. Коли фемтосекундний світловий імпульс прикладається до поверхні матеріалу або до внутрішньої частини прозорого матеріалу, площа дії світлового імпульсу надзвичайно мала через надзвичайно коротку тривалість світлового імпульсу (фемтосекундний рівень), тоді як інтенсивність світла надзвичайно висока. У цьому випадку енергія лазерного імпульсу не встигає обійти точку дії, так що дія або обробка світлового імпульсу закінчується за дуже короткий проміжок часу.
Цей надзвичайно короткий час дії дозволяє поглинати енергію лазерного імпульсу матеріалом переважно через нелінійний процес поглинання замість звичайного лінійного поглинання енергії фотонів. Завдяки нелінійному поглинанню енергія лазерного імпульсу не накопичується матеріалом у вигляді тепла, тому вироблене тепло майже незначне.
Оскільки виділяється дуже мало тепла, практично немає термічного пошкодження матеріалу, що обробляється, що є головною перевагою обробки фемтосекундним лазером. Цей тип обробки дозволяє уникнути ефекту теплопередачі, що забезпечує набагато вищу точність і результати.
Саме тому, що фемтосекундна лазерна обробка викликає локалізоване явище іонізації, спричинене процесом багатофотонного поглинання, який додатково посилюється наступними каскадними подіями, такими як лавинна та/або тунельна іонізація.
Простіше кажучи, коли внутрішня структура матеріалу порушується і він перебуває в стані, створюються умови для фаз рекомбінантного матеріалу, які є більш стабільними порівняно з їх початково субстабільними (склоподібними або несклоподібними) аналогами.
У випадку телуритового скла, оскільки його структура змінюється під впливом фемтосекундного лазера, утворюються зерна, що складаються з кластерів атомів телуру, і врешті-решт виростають у нанокристали телуриту, коли скляна фаза руйнується.
Спочатку матеріал не проводить електрику і не може збирати фотони, але після трансформації фемтосекундним лазером його локальна поведінка зовсім інша.
Дивно також те, що ця робота не потребує різноманітних матеріалів для виготовлення, а просто використовує лазер для локальної зміни матеріалу, щоб змінена область поводилася інакше, ніж вихідний матеріал. Низька вартість і простота використання лазера дозволяють масштабувати його до будь-якого типу/розміру підкладки простим скануванням лазерного променя по поверхні матеріалу.
Є ще проблеми з дослідженнями, які потрібно зрозуміти глибоко, і ще є процес, який потрібно пройти, щоб покращити продуктивність пристрою та перевести концепцію від експериментів до промислової посадки.
Одна з найбільших проблем полягає в тому, щоб покращені зони, які поглинають світло, були також невидимими для неозброєного ока, щоб вікно могло зберегти свою функціональність, дозволяючи людям чітко бачити крізь скло назовні, зберігаючи скло естетично. приємно.
Однак на цьому етапі деякі потенційні фотонічні програми, які вимагають роботи, наприклад виявлення та кількісне визначення присутності світла на певних довжинах хвиль або спектральних діапазонах, змогли отримати вигоду від цього.
