Pred kratkim je po naključju skupina znanstvenikov iz švicarskega zveznega inštituta za tehnologijo v Lausanni v Švici in tokijskega tehnološkega inštituta na Japonskem uporabila ultra hitre laserske impulze iz femtosekundnega laserja za obsevanje atomov v teluritnem steklu in odkrila omembo presenetljivega skrivnost.
Atomi teluritnega stekla, obsevanega s femtosekundnim laserjem, so se reorganizirali, kar je znanstvenikom omogočilo, da odkrijejo način za pretvorbo teluritnega stekla v polprevodniške materiale. Zakaj je to odkritje neverjetno? Glavni razlog je v tem, da ko so polprevodniški materiali izpostavljeni sončni svetlobi, proizvajajo elektriko, kar pomeni, da bo v prihodnosti mogoče spremeniti okna v vsakdanjem življenju ljudi v naprave za zbiranje in zaznavanje svetlobe iz enega materiala, ki imajo nedvomno velik potencial.
Eksperimentalna ekipa s švicarskega zveznega tehnološkega inštituta v Lausanni (EPFL) je naletela na nastanek polprevodniških nanokristalnih faz telura na steklenih površinah, ko je poskušala razumeti procese samoorganizacije v steklu, kar je sprožilo idejo o raziskovanju možnih fotoprevodne lastnosti in z njimi povezane naprave za zbiranje svetlobe.
Raziskovalci so do odkritja prišli tako, da so spremenili steklo in analizirali učinke s pomočjo teluritnega stekla, ki so ga proizvedli kolegi na Tokijskem inštitutu za tehnologijo na Japonskem, in femtosekundnega laserja.
Po jedkanju preprostega vzorca črt na površini teluritnega stekla s premerom 1-cm je bilo ugotovljeno, da je steklo sposobno ustvarjati električne tokove, ki so ob obsevanju v ultravijoličnem in vidnem spektru trajali več mesecev.
Torej, kako to počne femtosekundni laser? Začne se s principom femtosekundne laserske obdelave.
Femtosekundna laserska obdelava je napredna tehnologija obdelave, ki temelji na večfotonskem nelinearnem absorpcijskem in ionizacijskem mehanizmu. Ko femtosekundni svetlobni impulz apliciramo na površino materiala ali v notranjost prozornega materiala, je območje delovanja svetlobnega impulza izjemno majhno zaradi izjemno kratkega trajanja svetlobnega impulza (femtosekundni nivo), medtem ko intenzivnost svetlobe je izjemno visoka. V tem primeru energija laserskega impulza nima časa potovati okoli točke delovanja, tako da je delovanje oziroma obdelava svetlobnega impulza končana v zelo kratkem času.
Ta izredno kratek čas delovanja omogoča, da material absorbira energijo laserskega impulza predvsem z nelinearnim absorpcijskim postopkom, namesto s konvencionalno linearno absorpcijo fotonske energije. Zaradi nelinearne absorpcije material ne akumulira energije laserskega impulza v obliki toplote, zato je proizvedena toplota skoraj zanemarljiva.
Ker se ustvari zelo malo toplote, praktično ni toplotnih poškodb materiala, ki se obdeluje, kar je velika prednost obdelave s femtosekundnim laserjem. Ta vrsta obdelave se izogne učinku prenosa toplote, kar ima za posledico veliko večjo natančnost in rezultate.
Natančno zato, ker femtosekundna laserska obdelava sproži lokaliziran pojav ionizacije, ki ga sproži proces večfotonske absorpcije, ki se dodatno ojača s poznejšimi kaskadnimi dogodki, kot sta lavinska in/ali tunelska ionizacija.
Preprosto povedano, ko je notranja struktura materiala motena in je v stanju, so bili ustvarjeni pogoji za faze rekombinantnega materiala, ki so bolj stabilne v primerjavi s svojimi prvotno substabilnimi (steklastimi ali nesteklastimi) dvojniki.
V primeru teluritnega stekla, ko se njegova struktura spremeni ob izpostavitvi femtosekundnemu laserju, se semena, sestavljena iz grozdov atomov telura, oblikujejo in sčasoma zrastejo v teluritne nanokristale, ko steklena faza razpade.
Sprva material ne prevaja elektrike in ne more zbirati fotonov, ko pa ga transformiramo s femtosekundnim laserjem, je njegovo lokalno obnašanje popolnoma drugačno.
Prav tako je neverjetno, da to delo ne zahteva različnih materialov za izdelavo, ampak preprosto uporablja laser za lokalno spreminjanje materiala, tako da se spremenjena regija obnaša drugače od prvotnega materiala. Nizki stroški in preprostost uporabe laserja omogočajo, da ga je mogoče prilagoditi na katero koli vrsto/velikost substrata, preprosto s skeniranjem laserskega žarka po površini materiala.
Še vedno obstajajo težave z raziskavami, ki jih je treba poglobljeno razumeti, in še vedno obstaja postopek, ki ga je treba opraviti, da bi izboljšali delovanje naprave in popeljali koncept od eksperimentiranja do industrijskega pristanka.
Eden od velikih izzivov je zagotoviti, da so izboljšana področja, ki absorbirajo svetlobo, tudi področja, ki so nevidna s prostim očesom, tako da lahko okno ohrani svojo funkcionalnost, hkrati pa omogoči ljudem, da jasno vidijo skozi steklo navzven, pri čemer steklo ohranja estetsko prijeten.
Vendar pa so na tej stopnji nekatere potencialne fotonske aplikacije, ki zahtevajo delo, kot je odkrivanje in kvantificiranje prisotnosti svetlobe pri določenih valovnih dolžinah ali spektralnih območjih, to lahko izkoristile.
