โดยบังเอิญเมื่อเร็วๆ นี้ ทีมนักวิทยาศาสตร์จากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐสวิส ในเมืองโลซาน ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ และสถาบันเทคโนโลยีโตเกียว ประเทศญี่ปุ่น ได้ใช้พัลส์เลเซอร์ที่เร็วเป็นพิเศษจากเลเซอร์เฟมโตวินาทีเพื่อฉายรังสีอะตอมในแก้วเทลลูไรต์ และค้นพบการกล่าวถึงสิ่งที่น่าประหลาดใจ ความลับ.
อะตอมของแก้วเทลลูไรต์ที่ถูกฉายรังสีด้วยเลเซอร์ femtosecond ได้รับการจัดระเบียบใหม่ ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์ค้นพบวิธีเปลี่ยนแก้วเทลลูไรต์ให้เป็นวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ เหตุใดการค้นพบนี้จึงน่าทึ่ง? เหตุผลหลักก็คือเมื่อวัสดุเซมิคอนดักเตอร์สัมผัสกับแสงแดด พวกมันจะผลิตกระแสไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าในอนาคตจะเป็นไปได้ที่จะเปลี่ยนหน้าต่างในชีวิตประจำวันของผู้คนให้เป็นอุปกรณ์รวบรวมและตรวจจับแสงจากวัสดุเดียวที่มีศักยภาพสูงอย่างไม่ต้องสงสัย
ทีมทดลองจากสถาบันเทคโนโลยีแห่งสหพันธรัฐสวิสในเมืองโลซาน (EPFL) ประเทศสวิตเซอร์แลนด์ สะดุดกับการก่อตัวของเฟสนาโนคริสตัลไลน์เทลลูเรียมแบบเซมิคอนดักเตอร์บนพื้นผิวกระจก เมื่อพวกเขาพยายามทำความเข้าใจกระบวนการจัดระเบียบตนเองในแก้ว ซึ่งกระตุ้นให้เกิดแนวคิดในการสำรวจความเป็นไปได้ คุณสมบัติการนำแสงและอุปกรณ์เก็บเกี่ยวแสงที่เกี่ยวข้อง
นักวิจัยได้ค้นพบโดยการดัดแปลงกระจกและวิเคราะห์ผลกระทบด้วยความช่วยเหลือของแก้วเทลลูไรต์ที่ผลิตโดยเพื่อนร่วมงานที่สถาบันเทคโนโลยีโตเกียวในญี่ปุ่นและเลเซอร์เฟมโตวินาที
หลังจากการแกะสลักลวดลายเส้นเรียบง่ายบนพื้นผิวของกระจกเทลลูไรต์ที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 1- ซม. จึงพบว่าแก้วดังกล่าวสามารถสร้างกระแสไฟฟ้าได้นานหลายเดือนเมื่อถูกฉายรังสีในสเปกตรัมอัลตราไวโอเลตและสเปกตรัมที่มองเห็นได้
เลเซอร์ femtosecond ทำอย่างไร? เริ่มต้นด้วยหลักการของการประมวลผลด้วยเลเซอร์ femtosecond
การประมวลผลด้วยเลเซอร์ Femtosecond เป็นเทคโนโลยีการประมวลผลขั้นสูงที่ใช้กลไกการดูดซับแบบไม่เชิงเส้นและอิออไนเซชันแบบหลายโฟตอน เมื่อพัลส์แสงเฟมโตวินาทีถูกนำไปใช้กับพื้นผิวของวัสดุหรือภายในวัสดุโปร่งใส พื้นที่การกระทำของพัลส์แสงจะมีขนาดเล็กมากเนื่องจากระยะเวลาที่สั้นมากของพัลส์แสง (ระดับเฟมโตวินาที) ในขณะที่ ความเข้มแสงสูงมาก ในกรณีนี้ พลังงานของพัลส์เลเซอร์ไม่มีเวลาเดินทางรอบจุดที่เกิดการกระทำ ดังนั้นการกระทำหรือการประมวลผลของพัลส์แสงจะจบลงในระยะเวลาอันสั้นมาก
การดำเนินการที่สั้นมากนี้ทำให้พลังงานของเลเซอร์พัลส์ถูกวัสดุดูดซับโดยส่วนใหญ่ผ่านกระบวนการดูดซับแบบไม่เชิงเส้น แทนที่จะดูดซับพลังงานโฟตอนเชิงเส้นแบบเดิม เนื่องจากการดูดซับแบบไม่เชิงเส้น พลังงานของเลเซอร์พัลส์จึงไม่ถูกสะสมโดยวัสดุในรูปของความร้อน ดังนั้นความร้อนที่เกิดขึ้นจึงแทบไม่มีความสำคัญเลย
เนื่องจากความร้อนเกิดขึ้นน้อยมาก จึงแทบไม่มีความเสียหายจากความร้อนต่อวัสดุที่กำลังแปรรูป ซึ่งเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญของการประมวลผลด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที การประมวลผลประเภทนี้หลีกเลี่ยงผลกระทบจากการถ่ายเทความร้อน ส่งผลให้มีความแม่นยำและผลลัพธ์ที่สูงขึ้นมาก
เป็นเพราะการประมวลผลด้วยเลเซอร์ femtosecond ทำให้เกิดปรากฏการณ์ไอออไนเซชันเฉพาะที่ซึ่งถูกกระตุ้นโดยกระบวนการดูดซับมัลติโฟตอน ซึ่งถูกขยายเพิ่มเติมโดยเหตุการณ์ต่อเนื่องกันที่ตามมา เช่น หิมะถล่ม และ/หรือไอออไนซ์ในอุโมงค์
พูดง่ายๆ ก็คือ เมื่อโครงสร้างภายในของวัสดุถูกรบกวนและอยู่ในสถานะ เงื่อนไขต่างๆ จะถูกสร้างขึ้นสำหรับเฟสวัสดุรีคอมบิแนนท์ที่มีความเสถียรมากกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับเฟสที่มีความเสถียรตั้งแต่เริ่มแรก (คล้ายแก้วหรือไม่ใช่คล้ายแก้ว)
ในกรณีของแก้วเทลลูไรต์ เนื่องจากโครงสร้างของมันเปลี่ยนไปเมื่อสัมผัสกับเลเซอร์เฟมโตวินาที เมล็ดที่ประกอบด้วยกระจุกอะตอมของเทลลูเรียมจะก่อตัวและเติบโตเป็นผลึกนาโนเทลลูไรต์ในที่สุดเมื่อเฟสของแก้วแตกตัว
ในตอนแรก วัสดุจะไม่นำไฟฟ้าและไม่สามารถเก็บโฟตอนได้ แต่เมื่อเปลี่ยนรูปด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาที พฤติกรรมเฉพาะที่ของมันจะแตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง
สิ่งที่น่าทึ่งก็คืองานนี้ไม่จำเป็นต้องใช้วัสดุที่หลากหลายในการประดิษฐ์ แต่เพียงใช้เลเซอร์เพื่อปรับเปลี่ยนวัสดุในพื้นที่ เพื่อให้ส่วนที่เปลี่ยนแปลงมีพฤติกรรมแตกต่างจากวัสดุดั้งเดิม ต้นทุนที่ต่ำและความเรียบง่ายของการใช้เลเซอร์ทำให้สามารถปรับขนาดตามประเภท/ขนาดของวัสดุพิมพ์ได้ เพียงแค่สแกนลำแสงเลเซอร์เหนือพื้นผิวของวัสดุ
ยังคงมีปัญหาในการวิจัยที่ต้องทำความเข้าใจในเชิงลึก และยังมีกระบวนการที่ต้องดำเนินการเพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพของอุปกรณ์และนำแนวคิดตั้งแต่การทดลองไปจนถึงการลงจอดทางอุตสาหกรรม
หนึ่งในความท้าทายที่ยิ่งใหญ่คือการตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นที่ที่ได้รับการปรับปรุงซึ่งดูดซับแสงนั้นเป็นพื้นที่ที่มองไม่เห็นด้วยตาเปล่าด้วย เพื่อให้หน้าต่างสามารถรักษาฟังก์ชันการทำงานได้ ในขณะเดียวกันก็ทำให้ผู้คนมองเห็นได้ชัดเจนผ่านกระจกสู่ภายนอก ทำให้กระจกมีความสวยงาม น่ายินดี
อย่างไรก็ตาม ในขั้นตอนนี้ การใช้งานโฟโตนิกบางอย่างที่อาจต้องดำเนินการ เช่น การตรวจจับและการหาปริมาณการมีอยู่ของแสงที่ความยาวคลื่นหรือช่วงสเปกตรัมจำเพาะ สามารถได้รับประโยชน์จากสิ่งนี้
