Nedávno náhodou tým vědců ze Švýcarského federálního technologického institutu ve švýcarském Lausanne a z Tokijského technologického institutu v Japonsku použil ultrarychlé laserové pulsy z femtosekundového laseru k ozařování atomů v teluritovém skle a objevil zmínku o překvapivém tajný.
Atomy teluritového skla ozářeného femtosekundovým laserem se reorganizovaly, což vědcům umožnilo objevit způsob, jak přeměnit teluritové sklo na polovodičové materiály. Proč je tento objev úžasný? Hlavním důvodem je, že když jsou polovodičové materiály vystaveny slunečnímu záření, generují elektřinu, což znamená, že v budoucnu bude možné přeměnit okna v každodenním životě lidí na jednomateriálová zařízení pro sběr a snímání světla, která mají bezpochyby velký potenciál.
Experimentální tým ze Švýcarského federálního technologického institutu v Lausanne (EPFL), Švýcarsko, narazil na vznik polovodivých telurových nanokrystalických fází na skleněných površích, když se pokoušel porozumět samoorganizačním procesům ve skle, což vyvolalo myšlenku prozkoumat možné fotovodivé vlastnosti as nimi související zařízení pro sběr světla.
Vědci zjistili, že modifikovali sklo a analyzovali účinky pomocí teluritového skla vyrobeného kolegy z Tokijského technologického institutu v Japonsku a femtosekundového laseru.
Po vyleptání jednoduchého vzoru čar na povrch teluritového skla o průměru 1- cm bylo zjištěno, že sklo je schopno generovat elektrické proudy, které při ozařování v ultrafialovém a viditelném spektru vydrží měsíce.
Jak to tedy femtosekundový laser dělá? Začíná u principu zpracování femtosekundovým laserem.
Zpracování femtosekundovým laserem je pokročilá technologie zpracování založená na vícefotonovém nelineárním absorpčním a ionizačním mechanismu. Když je femtosekundový světelný impuls aplikován na povrch materiálu nebo na vnitřek průhledného materiálu, oblast působení světelného impulsu je extrémně malá kvůli extrémně krátkému trvání světelného impulsu (femtosekundová úroveň), zatímco intenzita světla je extrémně vysoká. V tomto případě energie laserového pulsu nestihne projít kolem bodu působení, takže působení nebo zpracování světelného pulsu je ukončeno ve velmi krátké době.
Tato extrémně krátká doba působení umožňuje, aby byla energie laserového pulsu absorbována materiálem především prostřednictvím nelineárního absorpčního procesu, namísto konvenční lineární absorpce fotonové energie. Díky nelineární absorpci není energie laserového pulsu akumulována materiálem ve formě tepla a proto je generované teplo téměř zanedbatelné.
Protože vzniká velmi málo tepla, nedochází prakticky k žádnému tepelnému poškození zpracovávaného materiálu, což je hlavní výhoda zpracování femtosekundovým laserem. Tento typ zpracování zabraňuje efektu přenosu tepla, což má za následek mnohem vyšší přesnost a výsledky.
Je to právě proto, že zpracování femtosekundovým laserem spouští lokalizovaný ionizační fenomén spouštěný procesem multifotonové absorpce, který je dále zesílen následnými kaskádovými jevy, jako je lavinová a/nebo tunelová ionizace.
Jednoduše řečeno, když je vnitřní struktura materiálu narušena a je ve stavu, byly vytvořeny podmínky pro fáze rekombinantního materiálu, které jsou stabilnější ve srovnání s jejich původně substabilními (sklovitými či nesklovitými) protějšky.
V případě teluritového skla, jak se jeho struktura mění po vystavení femtosekundovému laseru, se tvoří semena sestávající ze shluků atomů teluru a nakonec přerostou v nanokrystaly teluritu, jak se skelná fáze rozpadá.
Zpočátku materiál nevede elektřinu a není schopen sbírat fotony, ale jakmile je transformován femtosekundovým laserem, jeho lokální chování je zcela odlišné.
Úžasné je také to, že tato práce nevyžaduje k výrobě různé materiály, ale jednoduše používá laser k místní úpravě materiálu tak, aby se změněná oblast chovala odlišně od původního materiálu. Nízká cena a jednoduchost použití laseru jej činí škálovatelným na jakýkoli typ/velikost substrátu, jednoduše skenováním laserového paprsku po povrchu materiálu.
Stále existují problémy s výzkumem, které je třeba porozumět do hloubky, a stále existuje proces, kterým je třeba projít, abychom zlepšili výkon zařízení a posunuli koncept od experimentování k průmyslovému přistání.
Jednou z velkých výzev je zajistit, aby vylepšené oblasti, které absorbují světlo, byly také oblastmi, které jsou neviditelné pouhým okem, aby si okno zachovalo svou funkčnost a zároveň umožnilo lidem jasně vidět přes sklo ven, čímž sklo zůstane esteticky příjemný.
V této fázi však některé potenciální fotonické aplikace, které vyžadují práci, jako je detekce a kvantifikace přítomnosti světla na specifických vlnových délkách nebo spektrálních rozsazích, z toho mohly těžit.
