Teamet av kjemikere ved University of California, Irvine har gjort en spennende oppdagelse som avslører en ny interaksjon mellom lys og materie som var ukjent til nå. Forfatterne antyder at denne oppdagelsen har potensial til å forbedre solenergisystemer, lysdioder, halvlederlasere og andre teknologiske fremskritt.
I denne artikkelen skal vi fortelle deg hva oppdagelsen av forskere om en ny egenskap av lys.
Ny egenskap av lys
Forskerne, i samarbeid med sine kolleger ved Kazan Federal University i Russland, beskrev i en fersk publikasjon i tidsskriftet ACS Nano hvordan de oppdaget at fotoner, når de er innesperret i nanometerskala rom i silisium, De kan få betydelig momentum som kan sammenlignes med elektroner i faste materialer.
I følge en uttalelse fra studien, "har silisium, som er det nest mest utbredte elementet på planeten vår og fungerer som grunnlaget for moderne elektroniske enheter, møtt hindringer i sin anvendelse på optoelektronikk på grunn av dets dårlige optiske egenskaper." Dmitry Fishman, førsteamanuensis i kjemi ved Irvine, er seniorforfatter.
I følge hans uttalelse, silisium, i sin massive form, Den har ikke den iboende evnen til å sende ut lys. Men når det utsettes for synlig stråling, har porøst, nanostrukturert silisium evnen til å generere observerbart lys. Dette fenomenet har blitt anerkjent av forskere i mange år, selv om den nøyaktige kilden til belysningen fortsatt er et spørsmål om kontrovers.
Fishman forklarte at Arthur Comptons banebrytende oppdagelse i 1923 avslørte at gammafotoner hadde nok fart til å delta i betydelige interaksjoner med elektroner, enten de var frie eller bundne. Dette grunnleggende funnet ga bevis for lysets doble natur, og omfattet både bølge- og partikkelkarakteristikker. Takket være det, Compton mottok Nobelprisen i fysikk i 1927..
Gjennom våre utførte eksperimenter har de vist at manipulering av synlig lys i nanoskala silisiumkrystaller resulterer i optisk interaksjon i halvledere som er sammenlignbare.
For å forstå begynnelsen av interaksjonen, det er nødvendig å gå tilbake til begynnelsen av det 20. århundre. I løpet av denne tiden forsøkte CV Raman, en anerkjent indisk fysiker som senere mottok Nobelprisen i fysikk i 1930, å gjenskape Comptons eksperiment ved bruk av synlig lys. Imidlertid sto han overfor en stor hindring: den bemerkelsesverdige avviket mellom impulsen til elektroner og den til synlige fotoner.
Til tross for et tilbakeslag, resulterte Ramans studier på uelastisk spredning i væsker og gasser i oppdagelsen av den vibrerende Raman-effekten, som er nå allment anerkjent. Som et resultat er spektroskopi, en viktig teknikk for å studere materie, ofte kjent som Raman-spredning.
Raman-elektronspredning
Medforfatter Eric Potma, som også er kjemiprofessor ved Irvine, forklarte at avsløringen av fotonisk momentum i uordnet silisium kan tilskrives en type elektronisk Raman-spredning. Imidlertid, i motsetning til tradisjonell vibrasjonsraman, Elektron Raman omfatter forskjellige start- og sluttpunkter for elektronet, et fenomen som tidligere bare ble observert i metalliske stoffer.
I laboratoriet deres laget forskerne silisiumglassprøver med varierende grad av gjennomsiktighet, fra amorf til krystallinsk. For å utføre eksperimentene sine brukte de en 300 nanometer tykk silisiumfilm og rettet en presist fokusert kontinuerlig bølgelaserstråle, som de flyttet i en skanningsbevegelse for å innskrive en sekvens av rette linjer.
Ved innsending visse områder ved temperaturer under 500 grader Celsius, ble et jevnt tverrbundet glassmateriale produsert ved denne prosessen. Tvert imot, når temperaturene overskred terskelen på 500 C, ble det dannet et uensartet halvlederglass. Denne spennende "lette skumfilmen" gjorde det mulig for forskere å omhyggelig undersøke små svingninger i elektroniske, optiske og termiske egenskaper på nanoskala.
I følge Fishman utgjør dette spesielle arbeidet en utfordring for vår nåværende forståelse av hvordan lys og materie samhandler, understreker den viktige rollen som fotonisk momentum spiller i prosessen.
Samspillet mellom elektroner og fotoner intensiveres i kaotiske systemer på grunn av justeringen av øyeblikkene deres, et fenomen som tidligere ble antatt å kun forekomme med høyenergi-gammafotoner i klassisk Compton-spredning. Denne banebrytende oppdagelsen åpner nye muligheter for å utvide rekkevidden til konvensjonell optisk spektroskopi. Det går utover de vanlige bruksområdene i kjemisk analyse, for eksempel tradisjonell vibrasjons-ramanspektroskopi brukt i strukturelle studier. Dette funnet understreker viktigheten av å vurdere momentumet til fotoner når man undersøker informasjonen de bærer.
trykt lys
Når lynet treffer en overflate som mangler krumning, blir en umiskjennelig halvmåneform etterlatt. Denne observasjonen førte til at forskerne fant ut at fotoner i den fremste delen av den spiralformede lyssøylen viste en rotasjon rundt dens kjerne er relativt langsommere enn fotonene plassert på baksiden av strålen. Denne oppdagelsen gir effektivt en plausibel forklaring på dette spesielle fenomenet.
En gruppe forskere fra ulike institusjoner i Spania og USA kom med en spennende avsløring. De har identifisert en hittil ukjent karakteristikk av lys, som de har kalt «autocouple». Denne egenskapen kan sammenlignes med en langstrakt spiral eller helix, som minner om en fjær. Funnene, publisert i tidsskriftet Science under tittelen "Generasjon av ekstreme ultrafiolette stråler med tidsvarierende orbital vinkelmomentum," har potensial til å bane vei for banebrytende teknologiske fremskritt.
Forskere var i stand til å gjøre denne oppdagelsen basert på tidligere eksperimenter. Disse eksperimentene innebar å rette to laserstråler samtidig inn i en sky av argongass. Ved å gjøre dette ble lysstrålene tvunget til å kombinere og danne en enhetlig stråle. Dette førte til at forskere innså at lys kan utøve en påviselig mengde trykk på opplyste objekter. Dette prinsippet er det som vil drive et solseil gjennom verdensrommet.
Jeg håper at du med denne informasjonen kan lære mer om den nye egenskapen til lys oppdaget av forskere.