L'equip de químics de la Universitat de Califòrnia a Irvine ha fet un descobriment apassionant que revela una nova interacció entre la llum i la matèria que es desconeixia fins ara. Els autors suggereixen que aquest descobriment té el potencial de millorar els sistemes denergia solar, els díodes emissors de llum, els làsers semiconductors i altres avenços tecnològics.
En aquest article explicarem quins el descobriment dels científics sobre una nova propietat de la llum.
Nova propietat de la llum
Els investigadors, en col·laboració amb els seus homòlegs de la Universitat Federal de Kazan a Rússia, van detallar en una publicació recent a la revista ACS Nano com van descobrir que els fotons, quan estan confinats dins d'espais d'escala nanomètrica en silici, poden adquirir un impuls significatiu comparable al delectrons en materials sòlids.
Segons un comunicat de l'estudi, «el silici, que és el segon element més freqüent al nostre planeta i serveix com a base dels dispositius electrònics contemporanis, ha enfrontat obstacles en la seva aplicació a l'optoelectrònica a causa de les seves característiques òptiques deficients». Dmitry Fishman, professor associat de química a Irvine, n'és l'autor principal.
Segons la seva declaració, el silici, en la forma massiva, no té la capacitat inherent d'emetre llum. Tot i això, quan s'exposa a radiació visible, el silici porós i nanoestructurat té la capacitat de generar llum observable. Aquest fenomen ha estat reconegut pels científics des de fa molts anys, tot i que la font exacta de la il·luminació continua sent un tema de controvèrsia.
Fishman va explicar que el descobriment pioner d'Arthur Compton el 1923 va revelar que els fotons gamma tenien prou impuls per participar en interaccions significatives amb els electrons, ja sigui que estiguessin lliures o lligats. Aquesta troballa fonamental va proporcionar evidència de la naturalesa dual de la llum, que abraça característiques tant d'ona com de partícula. Gràcies a això, Compton va rebre el Premi Nobel de Física el 1927.
A través dels nostres experiments realitzats, han demostrat que la manipulació de la llum visible dins de vidres de silici a nanoescala dóna com a resultat una interacció òptica dins de semiconductors que són comparables.
Per comprendre l'inici de la interacció, cal retrocedir fins a principis del segle XX. Durant aquest temps, CV Raman, un conegut físic de l'Índia que més tard va rebre el Premi Nobel de Física el 1930, va intentar replicar l'experiment de Compton utilitzant llum visible. Tot i això, es va enfrontar a un obstacle important: la notable discrepància entre el moment dels electrons i el dels fotons visibles.
Tot i enfrontar-se a un revés, els estudis de Raman sobre la dispersió inelàstica en líquids i gasos van donar com a resultat el descobriment de l'efecte vibratori Raman, que ara és àmpliament reconegut. Com a resultat, l'espectroscòpia, una tècnica vital per estudiar la matèria, es coneix comunament com a dispersió Raman.
Dispersió electrònica Raman
El coautor Eric Potma, que també és professor de química a Irvine, va explicar que la revelació de l'impuls fotònic al silici desordenat es pot atribuir a un tipus de dispersió electrònica Raman. No obstant això, a diferència del Raman vibratori tradicional, el Raman electrònic abasta diferents punts d'inici i finalització per a l'electró, un fenomen que anteriorment s'observava únicament en substàncies metàl·liques.
Al seu laboratori, els investigadors van crear mostres de vidre de silici amb diferents graus de transparència, des d'amorfs fins a cristal·lins. Per dur a terme els seus experiments, van utilitzar una pel·lícula de silici de 300 nanòmetres de gruix i van dirigir un llamp làser d'ona contínua enfocat amb precisió, que van moure en un moviment d'escaneig per inscriure una seqüència de línies rectes.
En sotmetre certes regions a temperatures inferiors a 500 graus Celsius, es va produir mitjançant aquest procés un material de vidre reticulat uniforme. Per contra, quan les temperatures superaven el llindar de 500 C, es formava un vidre semiconductor dispar. Aquesta intrigant pel·lícula d'escuma lleugera va permetre als científics examinar meticulosament les petites fluctuacions en les característiques electròniques, òptiques i tèrmiques a nanoescala.
Segons Fishman, aquest treball en particular presenta un desafiament per a la nostra comprensió actual de com interactuen la llum i la matèria, emfatitzant l'important paper que exerceix l'impuls fotònic en el procés.
La interacció entre electrons i fotons s'intensifica en sistemes caòtics a causa de l'alineació dels seus moments, un fenomen que anteriorment es pensava que només passava amb fotons gamma d'alta energia a la dispersió Compton clàssica. Aquest innovador descobriment obre noves possibilitats per ampliar l'abast de l'espectroscòpia òptica convencional. Va més enllà de les aplicacions habituals en l'anàlisi química, com l'espectroscòpia Raman vibratòria tradicional utilitzada en estudis estructurals. Aquesta troballa emfatitza la importància de considerar l'impuls dels fotons en examinar la informació que transporten.
Llum impresa
Quan un llamp cau sobre una superfície que no té curvatura, al seu pas queda una inconfusible forma de mitja lluna. Aquesta observació va portar els científics a discernir que els fotons situats a la secció més davantera de la columna de llum en forma d'espiral exhibien una rotació al voltant de el seu nucli comparativament més lenta que els fotons col·locats a la part posterior del feix. Aquest descobriment proporciona efectivament una explicació plausible per a aquest fenomen en particular.
Un grup de científics de diverses institucions d'Espanya i dels Estats Units van fer una revelació emocionant. Han identificat una característica de la llum fins ara desconeguda, que han anomenat «autoparell». Aquesta propietat es pot comparar amb una espiral o hèlix allargada, que recorda un ressort. Les troballes, publicades a la revista Science amb el títol «Generació de feixos ultraviolats extrems amb moment angular orbital variable en el temps», tenen el potencial d'aplanar el camí per a avenços tecnològics innovadors.
Els científics van poder fer aquest descobriment basant-se en experiments anteriors. Aquests experiments van implicar dirigir dos raigs làser simultàniament a un núvol de gas argó. En fer això, els raigs de llum es van veure obligats a combinar-se i formar un feix unificat. Això va portar els científics a adonar-se que la llum pot exercir una quantitat detectable de pressió sobre els objectes il·luminats. Aquest principi és el que impulsaria una espelma solar a través de lespai.
Espero que amb aquesta informació puguin conèixer més sobre la nova propietat de la llum descoberta pels científics.