اخیراً، تیمی از دانشمندان مؤسسه فناوری فدرال سوئیس در لوزان، سوئیس و مؤسسه فناوری توکیو، ژاپن، از پالسهای لیزری فوق سریع از لیزرهای فمتوثانیه برای تابش اتمها در شیشه تلوریت استفاده کردند و به ذکر یک راز شگفتانگیز پی بردند. .
اتم های شیشه تلوریت تابش شده توسط لیزر فمتوثانیه دوباره سازماندهی شدند و به دانشمندان این امکان را داد تا راهی برای تبدیل شیشه تلوریت به مواد نیمه هادی کشف کنند. چرا این کشف شگفت انگیز است؟ دلیل اصلی این است که وقتی مواد نیمه هادی در معرض نور خورشید قرار می گیرند، الکتریسیته تولید می کنند، به این معنی که در آینده می توان پنجره ها را در زندگی روزمره مردم به دستگاه های برداشت نور و حسگر تک ماده تبدیل کرد که بدون شک پتانسیل بالایی دارند.
تیم آزمایشی مؤسسه فناوری فدرال سوئیس در لوزان سوئیس، هنگامی که در تلاش برای درک فرآیند خودسازماندهی در شیشه بودند، به شکل تصادفی فازهای نانوبلور تلوریوم نیمه رسانا بر روی سطح شیشه را مشاهده کردند، که ایده آنها را برای کاوش احتمالی برانگیخت. ویژگی های رسانای نوری و دستگاه های برداشت انرژی نور مربوط به آنها، از جمله موارد دیگر.
محققان این کشف را با اصلاح شیشه با کمک شیشه تلوریت تولید شده توسط همکاران در موسسه فناوری توکیو و لیزر فمتوثانیه و تجزیه و تحلیل اثرات انجام دادند.
تبدیل شیشه تلوریت به یک جمع کننده انرژی نور شفاف
پس از حکاکی یک الگوی ساده از خطوط روی سطح شیشه تلوریت با قطر 1 سانتی متر، این امر منجر به کشف این شد که این شیشه قادر به تولید جریان های الکتریکی است که در معرض طیف های فرابنفش و مرئی ماه ها طول می کشد.
بنابراین چگونه یک لیزر فمتوثانیه این کار را انجام می دهد؟ با اصل پردازش لیزر فمتوثانیه شروع می شود.
پردازش لیزری فمتوثانیه یک فناوری پردازش پیشرفته است که بر اساس مکانیسم جذب و یونیزاسیون غیرخطی چند فوتونی است. هنگامی که یک پالس نور فمتوثانیه به سطح یک ماده یا داخل یک ماده شفاف اعمال می شود، ناحیه اثر پالس نور به دلیل مدت زمان بسیار کوتاه پالس نور (سطح فمتوثانیه) بسیار کوچک است، در حالی که شدت نور بسیار زیاد است. در این حالت انرژی پالس لیزر زمانی برای حرکت به اطراف نقطه عمل ندارد، به طوری که عمل یا پردازش پالس نور در مدت زمان بسیار کوتاهی به پایان می رسد.
این زمان بسیار کوتاه عمل باعث می شود که انرژی پالس لیزر به جای جذب خطی معمولی انرژی فوتون، عمدتاً از طریق فرآیند جذب غیرخطی توسط ماده جذب شود. به دلیل جذب غیر خطی، انرژی پالس لیزر توسط ماده به صورت گرما جمع نمی شود و بنابراین گرمای تولید شده تقریباً ناچیز است.
از آنجایی که گرمای بسیار کمی تولید میشود، عملاً هیچ آسیب حرارتی به مواد در حال پردازش وارد نمیشود، که مزیت اصلی پردازش لیزر فمتوثانیه است. این نوع پردازش از اثر انتقال حرارت جلوگیری می کند و در نتیجه دقت و نتایج بسیار بالاتری دارد.
دقیقاً به این دلیل است که پردازش لیزر فمتوثانیه باعث ایجاد یک پدیده یونیزاسیون موضعی ناشی از فرآیند جذب چند فوتونی می شود که با رویدادهای آبشاری بعدی مانند یونیزاسیون بهمن و/یا تونل زنی بیشتر تقویت می شود.
به بیان ساده، زمانی که ساختار داخلی یک ماده مختل می شود و در یک حالت قرار می گیرد، شرایط برای فازهای مواد نوترکیب ایجاد شده است که در مقایسه با همتایان ناپایدار اولیه خود (شیشه ای یا غیرشیشه ای) پایدارتر هستند.
در مورد شیشه تلوریت، با تغییر ساختار آن با قرار گرفتن در معرض لیزر فمتوثانیه، دانههایی متشکل از خوشههایی از اتمهای تلوریم تشکیل میشوند و در نهایت با شکسته شدن فاز شیشه به نانوبلورهای تلوریت تبدیل میشوند.
ماده در ابتدا رسانای الکتریسیته نیست و قادر به جمع آوری فوتون نیست، اما هنگامی که با لیزر فمتوثانیه ای تبدیل می شود، رفتار محلی آن کاملاً متفاوت است.
نکته شگفتانگیز این است که این کار به مواد مختلفی برای ساخت نیاز ندارد، بلکه فقط از لیزر برای تغییر موضعی مواد استفاده میکند تا ناحیه تغییر یافته رفتار متفاوتی با ماده اصلی داشته باشد. هزینه کم و سادگی استفاده از لیزر، آن را به هر نوع/اندازه ای از بستر، به سادگی با اسکن پرتو لیزر بر روی سطح ماده، مقیاس پذیر می کند.
هنوز مسائلی وجود دارد که باید درک شود و هنوز باید روندی را دنبال کرد تا عملکرد دستگاه بهبود یابد و مفهوم از اجرای آزمایشی به صنعتی تبدیل شود.
یکی از چالشهای بزرگ این است که چگونه میتوان اطمینان حاصل کرد که ناحیه بهبود یافته که نور را جذب میکند، ناحیهای است که با چشم غیرمسلح نیز نامرئی است، به طوری که پنجره عملکرد خود را حفظ میکند، در حالی که به افراد اجازه میدهد به وضوح از داخل شیشه به بیرون ببینند و حفظ کنند. از نظر زیبایی شناسی دلپذیر است
با این حال، در این مرحله برخی از کاربردهای بالقوه فوتونیک که نیاز به کارهایی مانند تشخیص و تعیین کمیت حضور نور در طول موجها یا محدودههای طیفی خاص دارند، توانستهاند از این کار بهره ببرند.
