Nedavno je, igrom slučaja, tim znanstvenika sa Švicarskog saveznog instituta za tehnologiju u Lausanni, Švicarska, i Tokijskog instituta za tehnologiju, Japan, upotrijebio ultrabrze laserske impulse iz femtosekundnih lasera za ozračivanje atoma u teluritnom staklu, otkrivši spominjanje nevjerojatne tajne .
Atomi teluritnog stakla ozračeni femtosekundnim laserom reorganizirani su, omogućujući znanstvenicima da otkriju način pretvaranja teluritnog stakla u poluvodičke materijale. Zašto je ovo otkriće nevjerojatno? Glavni razlog je taj što kada su poluvodički materijali izloženi sunčevoj svjetlosti, oni stvaraju električnu energiju, što znači da će u budućnosti biti moguće pretvoriti prozore u svakodnevnom životu ljudi u uređaje za prikupljanje svjetlosti i senzore od jednog materijala koji nedvojbeno imaju veliki potencijal.
Eksperimentalni tim sa Švicarskog federalnog instituta za tehnologiju u Lausannei, Švicarska, naišao je na stvaranje poluvodičkih nanokristalnih faza telura na površini stakla kada su pokušavali razumjeti proces samoorganizacije u staklu, što je pokrenulo njihovu ideju istraživanja mogućih fotovodljiva svojstva i s njima povezani uređaji za prikupljanje svjetlosne energije, između ostalog.
Istraživači su došli do otkrića modificirajući staklo uz pomoć teluritnog stakla koje su proizveli kolege s Tokyo Institute of Technology i femtosekundnog lasera te analizirajući učinke.
Pretvaranje teluritnog stakla u prozirni kolektor svjetlosne energije
Nakon urezivanja jednostavnog uzorka linija na površini teluritnog stakla promjera 1 cm, to je dovelo do otkrića da je staklo sposobno generirati električnu struju koja je trajala mjesecima kada je bila izložena ultraljubičastom i vidljivom spektru.
Dakle, kako femtosekundni laser to radi? Počinje s principom femtosekundne laserske obrade.
Femtosekundna laserska obrada je napredna tehnologija obrade koja se temelji na višefotonskoj nelinearnoj apsorpciji i mehanizmu ionizacije. Kada se femtosekundni svjetlosni impuls primijeni na površinu materijala ili u unutrašnjost prozirnog materijala, područje djelovanja svjetlosnog impulsa je iznimno malo zbog iznimno kratkog trajanja svjetlosnog impulsa (femtosekundna razina), dok intenzitet svjetla je izuzetno visok. U tom slučaju energija laserskog impulsa nema vremena obići oko točke djelovanja, tako da je djelovanje ili obrada svjetlosnog impulsa završena u vrlo kratkom vremenskom periodu.
Ovo iznimno kratko vrijeme djelovanja omogućuje da materijal apsorbira energiju laserskog pulsa uglavnom kroz nelinearni proces apsorpcije, umjesto konvencionalne linearne apsorpcije energije fotona. Zbog nelinearne apsorpcije, materijal ne akumulira energiju laserskog pulsa u obliku topline i stoga je generirana toplina gotovo zanemariva.
Budući da se stvara vrlo malo topline, praktički nema toplinskog oštećenja materijala koji se obrađuje, što je glavna prednost obrade femtosekundnim laserom. Ovom vrstom obrade izbjegava se učinak prijenosa topline, što rezultira mnogo većom preciznošću i rezultatima.
To je upravo zato što femtosekundna laserska obrada pokreće fenomen lokalizirane ionizacije izazvan procesom višefotonske apsorpcije, koji se dodatno pojačava naknadnim kaskadnim događajima kao što su lavinska i/ili tunelska ionizacija.
Jednostavno rečeno, kada je unutarnja struktura materijala poremećena i on je u stanju, stvoreni su uvjeti za faze rekombinantnog materijala koje su stabilnije u usporedbi sa svojim inicijalno substabilnim (staklastim ili nestaklastim) parnjacima.
U slučaju teluritnog stakla, budući da se njegova struktura mijenja nakon izlaganja femtosekundnom laseru, formiraju se klice koje se sastoje od nakupina atoma telura i na kraju rastu u nanokristale telurita dok se staklena faza raspada.
U početku materijal ne provodi električnu struju i ne može skupljati fotone, ali nakon što se transformira femtosekundnim laserom, njegovo lokalno ponašanje potpuno je drugačije.
Ono što je također nevjerojatno je da ovaj rad ne zahtijeva razne materijale za izradu, već jednostavno koristi laser za lokalnu promjenu materijala tako da se izmijenjeno područje ponaša drugačije od izvornog materijala. Niski troškovi i jednostavnost korištenja lasera čine ga skalabilnim na bilo koju vrstu/veličinu podloge, jednostavnim skeniranjem laserske zrake preko površine materijala.
Još uvijek postoje problemi koje treba razumjeti i još uvijek postoji proces koji treba slijediti kako bi se poboljšala izvedba uređaja i preveo koncept iz eksperimentalne u industrijsku primjenu.
Jedan od velikih izazova je kako osigurati da poboljšano područje koje apsorbira svjetlost bude i područje koje je nevidljivo golim okom, tako da prozor zadrži svoju funkcionalnost, a istovremeno omogućuje ljudima da jasno vide kroz staklo prema van i zadrže estetski je ugodan.
Međutim, u ovoj su fazi neke potencijalne fotoničke aplikacije koje zahtijevaju rad kao što je otkrivanje i kvantificiranje prisutnosti svjetlosti na određenim valnim duljinama ili spektralnim rasponima mogle imati koristi od ovoga.
