Nedávno náhodou tím vedcov zo Švajčiarskeho federálneho technologického inštitútu v Lausanne vo Švajčiarsku a Tokijského technologického inštitútu v Japonsku použil ultrarýchle laserové impulzy z femtosekundových laserov na ožarovanie atómov v teluritovom skle a objavil zmienku o úžasnom tajomstve. .
Atómy teluritového skla ožiarené femtosekundovým laserom sa reorganizovali, čo vedcom umožnilo objaviť spôsob, ako premeniť teluritové sklo na polovodičové materiály. Prečo je tento objav úžasný? Hlavným dôvodom je, že keď sú polovodičové materiály vystavené slnečnému žiareniu, generujú elektrickú energiu, čo znamená, že v budúcnosti bude možné premeniť okná v každodennom živote ľudí na jednomateriálové zariadenia na zber a snímanie svetla, ktoré majú nepochybne veľký potenciál.
Experimentálny tím zo Švajčiarskeho federálneho technologického inštitútu v Lausanne vo Švajčiarsku narazil na tvorbu polovodivých telúrových nanokryštalických fáz na povrchu skla, keď sa pokúšali pochopiť samoorganizačný proces v skle, čo spustilo ich myšlienku skúmania možných fotovodivé vlastnosti a zariadenia na zber svetelnej energie, ktoré s nimi súvisia, okrem iného.
Vedci zistili, že modifikovali sklo pomocou teluritového skla vyrobeného kolegami z Tokijského technologického inštitútu a femtosekundového lasera a analyzovali účinky.
Transformácia teluritového skla na priehľadný zberač svetelnej energie
Po vyleptaní jednoduchého vzoru čiar na povrchu teluritového skla s priemerom 1 cm to viedlo k objavu, že sklo bolo schopné generovať elektrické prúdy, ktoré pri vystavení ultrafialovému a viditeľnému spektru trvali mesiace.
Ako to teda femtosekundový laser robí? Začína sa princípom spracovania femtosekundovým laserom.
Spracovanie femtosekundovým laserom je pokročilá technológia spracovania založená na viacfotónovom nelineárnom absorpčnom a ionizačnom mechanizme. Keď sa femtosekundový svetelný impulz aplikuje na povrch materiálu alebo do vnútra priehľadného materiálu, oblasť pôsobenia svetelného impulzu je extrémne malá v dôsledku extrémne krátkeho trvania svetelného impulzu (femtosekundová úroveň), zatiaľ čo intenzita svetla je extrémne vysoká. V tomto prípade energia laserového impulzu nemá čas prejsť okolo bodu pôsobenia, takže pôsobenie alebo spracovanie svetelného impulzu je ukončené vo veľmi krátkom čase.
Tento extrémne krátky čas pôsobenia umožňuje, aby bola energia laserového impulzu absorbovaná materiálom hlavne prostredníctvom nelineárneho absorpčného procesu, namiesto konvenčnej lineárnej absorpcie fotónovej energie. Vďaka nelineárnej absorpcii nie je energia laserového impulzu akumulovaná materiálom vo forme tepla a preto je generované teplo takmer zanedbateľné.
Keďže sa vytvára veľmi málo tepla, nedochádza prakticky k tepelnému poškodeniu spracovávaného materiálu, čo je hlavnou výhodou spracovania femtosekundovým laserom. Tento typ spracovania zabraňuje efektu prenosu tepla, výsledkom čoho je oveľa vyššia presnosť a výsledky.
Je to práve preto, že spracovanie femtosekundovým laserom spúšťa lokalizovaný ionizačný jav spúšťaný procesom multifotónovej absorpcie, ktorý je ďalej zosilnený následnými kaskádovými udalosťami, ako je lavína a/alebo tunelová ionizácia.
Zjednodušene povedané, keď je vnútorná štruktúra materiálu narušená a je v stave, vytvorili sa podmienky pre fázy rekombinantného materiálu, ktoré sú stabilnejšie v porovnaní s ich pôvodne substabilnými (sklovitými alebo nesklovitými) náprotivkami.
V prípade teluritového skla, keď sa jeho štruktúra mení po vystavení femtosekundovému laseru, tvoria sa semená pozostávajúce zo zhlukov atómov teluru a nakoniec vyrastú do nanokryštálov teluritu, keď sa sklená fáza rozpadne.
Materiál spočiatku nevedie elektrinu a nie je schopný zbierať fotóny, ale po transformácii femtosekundovým laserom je jeho lokálne správanie úplne odlišné.
Úžasné je aj to, že táto práca si nevyžaduje rôzne materiály na výrobu, ale jednoducho používa laser na lokálnu úpravu materiálu tak, aby sa zmenená oblasť správala odlišne od pôvodného materiálu. Nízka cena a jednoduchosť použitia lasera ho robí škálovateľným na akýkoľvek typ/veľkosť substrátu, jednoducho skenovaním laserového lúča po povrchu materiálu.
Stále existujú problémy, ktoré je potrebné pochopiť, a stále existuje proces, ktorý treba dodržať, aby sa zlepšil výkon zariadenia a aby sa koncept posunul od experimentálnej k priemyselnej implementácii.
Jednou z veľkých výziev je, ako zabezpečiť, aby vylepšená oblasť, ktorá absorbuje svetlo, bola aj oblasťou, ktorá je neviditeľná voľným okom, aby si okno zachovalo svoju funkčnosť a zároveň umožnilo ľuďom jasne vidieť cez sklo von a udržať je to esteticky príjemné.
V tejto fáze však niektoré potenciálne fotonické aplikácie, ktoré si vyžadujú prácu, ako je detekcia a kvantifikácia prítomnosti svetla pri špecifických vlnových dĺžkach alebo spektrálnych rozsahoch, z toho mohli ťažiť.
