Son zamanlarda, şans eseri, İsviçre'nin Lozan kentindeki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'nden ve Japonya'nın Tokyo Teknoloji Enstitüsü'nden bir bilim insanı ekibi, tellürit camındaki atomları ışınlamak için femtosaniye lazerden gelen ultra hızlı lazer darbelerini kullandı ve şaşırtıcı bir şeyden bahsedildiğini keşfetti. gizli.
Femtosaniye lazer tarafından ışınlanan tellürit cam atomları yeniden düzenlenerek bilim adamlarının tellürit camı yarı iletken malzemelere dönüştürmenin bir yolunu keşfetmesine olanak tanıdı. Bu keşif neden şaşırtıcı? Bunun temel nedeni, yarı iletken malzemelerin güneş ışığına maruz kaldığında elektrik üretmesidir; bu da gelecekte insanların günlük yaşamlarındaki pencereleri, şüphesiz büyük bir potansiyel taşıyan tek malzemeli ışık toplayan ve algılayan cihazlara dönüştürmenin mümkün olacağı anlamına gelmektedir.
İsviçre'nin Lozan kentindeki İsviçre Federal Teknoloji Enstitüsü'nden (EPFL) deney ekibi, camdaki kendi kendini organize etme süreçlerini anlamaya çalışırken cam yüzeylerde yarı iletken tellür nanokristal fazlarının oluşumuyla karşılaştı ve bu da olası araştırma fikrini tetikledi. fotoiletken özellikler ve bunlarla ilgili ışık toplayan cihazlar.
Araştırmacılar bu keşfi, Japonya'daki Tokyo Teknoloji Enstitüsü'ndeki meslektaşları tarafından üretilen tellürit cam ve bir femtosaniye lazer yardımıyla camı değiştirerek ve etkilerini analiz ederek gerçekleştirdiler.
1-cm çaplı tellürit camın yüzeyine basit bir çizgi deseni kazındıktan sonra, camın ultraviyole ve görünür spektrumda ışınlandığında aylarca süren elektrik akımları üretebildiği keşfedildi.
Peki femtosaniye lazer bunu nasıl yapıyor? Femtosaniye lazer işleme prensibi ile başlar.
Femtosaniye lazer işleme, çok fotonlu doğrusal olmayan absorpsiyon ve iyonizasyon mekanizmasına dayanan gelişmiş bir işleme teknolojisidir. Bir malzemenin yüzeyine veya şeffaf bir malzemenin iç kısmına bir femtosaniye ışık atımı uygulandığında, ışık atımının etki alanı, ışık atımının son derece kısa süresi nedeniyle (femtosaniye düzeyi) son derece küçüktür. ışık yoğunluğu son derece yüksektir. Bu durumda, lazer darbesinin enerjisinin, etki noktası çevresinde dolaşmak için zamanı yoktur, böylece ışık darbesinin eylemi veya işlenmesi çok kısa bir süre içinde sona erer.
Bu son derece kısa etki süresi, lazer darbesinin enerjisinin, foton enerjisinin geleneksel doğrusal soğurulması yerine esas olarak doğrusal olmayan bir soğurma işlemi yoluyla malzeme tarafından emilmesine olanak tanır. Doğrusal olmayan emilim nedeniyle, lazer darbesinin enerjisi malzeme tarafından ısı şeklinde biriktirilmez ve bu nedenle üretilen ısı neredeyse ihmal edilebilir düzeydedir.
Çok az ısı üretildiğinden, işlenen malzemede neredeyse hiç termal hasar olmaz; bu, femtosaniye lazer işleminin büyük bir avantajıdır. Bu tür işleme, ısı transfer etkisini önleyerek çok daha yüksek hassasiyet ve sonuçlar sağlar.
Bunun nedeni tam olarak femtosaniye lazer işleminin, multifoton absorpsiyon süreci tarafından tetiklenen ve çığ ve/veya tünel iyonizasyonu gibi ardışık basamaklı olaylarla daha da güçlendirilen lokalize bir iyonizasyon olgusunu tetiklemesidir.
Basitçe söylemek gerekirse, bir malzemenin iç yapısı bozulduğunda ve bir durumda olduğunda, rekombinant malzeme fazlarının başlangıçta yarı kararlı (camsı veya camsı olmayan) muadillerine göre daha stabil olması için koşullar yaratılmıştır.
Tellürit cam durumunda, femtosaniye lazere maruz kaldığında yapısı değiştiğinden, tellür atomu kümelerinden oluşan tohumlar oluşur ve sonunda cam fazı parçalandıkça tellürit nanokristallerine dönüşür.
Başlangıçta malzeme elektriği iletmiyor ve foton toplayamıyor ancak femtosaniye lazerle dönüştürüldüğünde yerel davranışı tamamen farklı oluyor.
Şaşırtıcı olan şey ise, bu çalışmanın imalat için çeşitli malzemeler gerektirmemesi, yalnızca lazeri kullanarak malzemeyi yerel olarak değiştirmesi ve böylece değiştirilmiş bölgenin orijinal malzemeden farklı davranması. Lazer kullanmanın düşük maliyeti ve basitliği, lazer ışınını malzemenin yüzeyi üzerinde tarayarak onu herhangi bir tür/boyuttaki alt tabakaya ölçeklenebilir hale getirir.
Araştırmada hâlâ derinlemesine anlaşılması gereken sorunlar var ve cihazın performansını artırmak ve konsepti deneyden endüstriyel inişe taşımak için hâlâ kat edilmesi gereken bir süreç var.
En büyük zorluklardan biri, ışığı emen iyileştirilmiş alanların aynı zamanda çıplak gözle görülmeyen alanlar olmasını sağlamak, böylece pencerenin işlevselliğini korurken insanların camdan dışarıyı net bir şekilde görmesini sağlayarak camın estetik kalmasını sağlamaktır. hoş.
Ancak bu aşamada ışığın belirli dalga boylarında veya spektral aralıklarda varlığının tespit edilmesi ve niceliğinin belirlenmesi gibi çalışmalar gerektiren bazı potansiyel fotonik uygulamalar bundan faydalanabilmiştir.
