Nedavno je, slučajno, tim znanstvenika sa Švicarskog saveznog instituta za tehnologiju u Lausanni, Švicarska, i Tokijskog instituta za tehnologiju, Japan, upotrijebio ultrabrze laserske impulse iz femtosekundnog lasera za ozračivanje atoma u teluritnom staklu i otkrio spominjanje iznenađujućeg tajna.
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 i senzore svjetlosti od jednog materijala koji nedvojbeno imaju veliki potencijal.
Eksperimentalni tim sa Švicarskog saveznog instituta za tehnologiju u Lausannei (EPFL), Švicarska, naišao je na stvaranje poluvodičkih nanokristalnih faza telura na staklenim površinama dok su pokušavali razumjeti procese samoorganizacije u staklu, što je pokrenulo ideju istraživanja mogućih fotovodljiva svojstva i s njima povezani uređaji za sakupljanje svjetlosti.
Istraživači su došli do otkrića modificirajući staklo i analizirajući učinke uz pomoć teluritnog stakla koje su proizveli kolege s Tokyo Institute of Technology u Japanu i femtosekundnog lasera.
Nakon urezivanja jednostavnog uzorka linija na površini teluritnog stakla promjera 1-cm, otkriveno je da je staklo sposobno generirati električnu struju koja je trajala mjesecima kada je ozračena u 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 svjetlosti 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 puno 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, kako 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 transformacije femtosekundnim laserom, njegovo lokalno ponašanje je potpuno 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. Niska cijena i jednostavnost korištenja lasera čine ga skalabilnim na bilo koju vrstu/veličinu podloge, jednostavnim skeniranjem laserske zrake preko površine materijala.
Još uvijek postoje problemi s istraživanjem koje je potrebno dublje razumjeti, a još uvijek postoji proces kroz koji treba proći kako bi se poboljšala izvedba uređaja i preveo koncept od eksperimentiranja do industrijskog slijetanja.
Jedan od velikih izazova je osigurati da poboljšana područja koja apsorbiraju svjetlost također budu područja koja su nevidljiva golim okom kako bi prozor mogao zadržati svoju funkcionalnost, a istovremeno omogućiti ljudima da jasno vide kroz staklo prema van, zadržavajući staklo estetski ugodan.
Međutim, u ovoj fazi, neke potencijalne fotoničke aplikacije koje zahtijevaju rad kao što je otkrivanje i kvantificiranje prisutnosti svjetlosti na određenim valnim duljinama ili spektralnim rasponima mogle su imati koristi od ovoga.
