في الآونة الأخيرة، وبالصدفة، استخدم فريق من العلماء من المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان، سويسرا، ومعهد طوكيو للتكنولوجيا، اليابان، نبضات ليزر فائقة السرعة من ليزر الفيمتو ثانية لإشعاع الذرات في زجاج التيلوريت واكتشفوا إشارة مفاجئة إلى سر.
تم إعادة تنظيم ذرات زجاج التيلوريت المشععة بليزر الفيمتو ثانية، مما سمح للعلماء باكتشاف طريقة لتحويل زجاج التيلوريت إلى مواد شبه موصلة. لماذا هذا الاكتشاف مذهل؟ والسبب الرئيسي هو أنه عندما تتعرض المواد شبه الموصلة لأشعة الشمس، فإنها تولد الكهرباء، وهذا يعني أنه في المستقبل سوف يكون من الممكن تحويل النوافذ في حياة الناس اليومية إلى أجهزة لجمع الضوء واستشعاره من مادة واحدة والتي تحمل بلا شك إمكانات كبيرة.
عثر الفريق التجريبي من المعهد الفيدرالي السويسري للتكنولوجيا في لوزان (EPFL)، سويسرا، على تشكيل أطوار بلورية نانوية شبه موصلة على الأسطح الزجاجية عندما كانوا يحاولون فهم عمليات التنظيم الذاتي في الزجاج، مما أثار فكرة استكشاف إمكانية خصائص الموصلية الضوئية وأجهزة حصاد الضوء المتعلقة بها.
وتوصل الباحثون إلى هذا الاكتشاف من خلال تعديل الزجاج وتحليل التأثيرات بمساعدة زجاج التيلوريت الذي أنتجه زملاء في معهد طوكيو للتكنولوجيا في اليابان، وليزر الفيمتو ثانية.
بعد حفر نمط بسيط من الخطوط على سطح زجاج التيلوريت 1-قطره سم، تم اكتشاف أن الزجاج كان قادرًا على توليد تيارات كهربائية استمرت لأشهر عند تعريضها للأشعة فوق البنفسجية والأطياف المرئية.
فكيف يفعل ليزر الفيمتو ثانية ذلك؟ يبدأ بمبدأ المعالجة بالليزر الفيمتو ثانية.
معالجة الفيمتو ثانية بالليزر هي تقنية معالجة متقدمة تعتمد على آلية الامتصاص والتأين غير الخطية متعددة الفوتون. عندما يتم تطبيق نبضة ضوئية بالفيمتو ثانية على سطح مادة أو على الجزء الداخلي من مادة شفافة، تكون منطقة عمل نبضة الضوء صغيرة للغاية بسبب المدة القصيرة للغاية لنبضة الضوء (مستوى الفيمتو ثانية)، في حين أن شدة الضوء عالية للغاية. في هذه الحالة، لا يتوفر لطاقة نبضة الليزر وقت للانتقال حول نقطة العمل، بحيث ينتهي عمل أو معالجة نبضة الضوء في فترة زمنية قصيرة جدًا.
يسمح وقت العمل القصير للغاية هذا بامتصاص طاقة نبضة الليزر بواسطة المادة بشكل رئيسي من خلال عملية امتصاص غير خطية، بدلاً من الامتصاص الخطي التقليدي لطاقة الفوتون. بسبب الامتصاص غير الخطي، لا تتراكم طاقة نبضة الليزر بواسطة المادة على شكل حرارة وبالتالي فإن الحرارة المتولدة تكاد لا تذكر.
نظرًا لأنه يتم توليد القليل جدًا من الحرارة، لا يوجد أي ضرر حراري تقريبًا للمادة التي تتم معالجتها، وهي ميزة رئيسية للمعالجة بليزر الفيمتو ثانية. هذا النوع من المعالجة يتجنب تأثير نقل الحرارة، مما يؤدي إلى دقة ونتائج أعلى بكثير.
ويرجع السبب على وجه التحديد إلى أن المعالجة بليزر الفيمتو ثانية تؤدي إلى ظاهرة تأين موضعية ناجمة عن عملية الامتصاص متعدد الفوتون، والتي يتم تضخيمها بشكل أكبر من خلال الأحداث المتتالية اللاحقة مثل الانهيار الجليدي و/أو التأين النفقي.
ببساطة، عندما يتعطل الهيكل الداخلي للمادة ويكون في حالة ما، يتم تهيئة الظروف لمراحل المادة المؤتلفة التي تكون أكثر استقرارًا مقارنة بنظيراتها شبه المستقرة في البداية (زجاجية أو غير زجاجية).
في حالة زجاج التيلوريت، حيث يتغير هيكله عند التعرض لليزر الفيمتو ثانية، تتشكل البذور المكونة من مجموعات من ذرات التيلوريوم وتنمو في النهاية إلى بلورات تيلوريت نانوية عندما يتحلل الطور الزجاجي.
في البداية، المادة لا توصل الكهرباء وغير قادرة على جمع الفوتونات، ولكن بمجرد تحويلها باستخدام ليزر الفيمتو ثانية، يصبح سلوكها المحلي مختلفًا تمامًا.
والمدهش أيضًا هو أن هذا العمل لا يتطلب مجموعة متنوعة من المواد لتصنيعه، ولكنه ببساطة يستخدم الليزر لتغيير المادة محليًا بحيث تتصرف المنطقة المتغيرة بشكل مختلف عن المادة الأصلية. إن التكلفة المنخفضة والبساطة في استخدام الليزر تجعله قابلاً للتطوير إلى أي نوع/حجم من الركيزة، وذلك ببساطة عن طريق مسح شعاع الليزر على سطح المادة.
لا تزال هناك مشكلات في البحث تحتاج إلى فهم متعمق، ولا تزال هناك عملية يجب المضي فيها لتحسين أداء الجهاز ونقل المفهوم من التجريب إلى الهبوط الصناعي.
أحد التحديات الكبيرة هو التأكد من أن المناطق المحسنة التي تمتص الضوء هي أيضًا مناطق غير مرئية للعين المجردة حتى تتمكن النافذة من الحفاظ على وظيفتها مع السماح للأشخاص بالرؤية بوضوح من خلال الزجاج إلى الخارج، مع الحفاظ على الزجاج بشكل جمالي. ارضاء.
ومع ذلك، في هذه المرحلة، تمكنت بعض تطبيقات الضوئيات المحتملة التي تتطلب العمل مثل اكتشاف وقياس وجود الضوء عند أطوال موجية محددة أو نطاقات طيفية من الاستفادة من ذلك.
