Η ομάδα των χημικών στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Irvine έκανε μια συναρπαστική ανακάλυψη που αποκαλύπτει μια νέα αλληλεπίδραση μεταξύ φωτός και ύλης που ήταν άγνωστη μέχρι τώρα. Οι συγγραφείς προτείνουν ότι αυτή η ανακάλυψη έχει τη δυνατότητα να βελτιώσει τα συστήματα ηλιακής ενέργειας, τις διόδους εκπομπής φωτός, τα λέιζερ ημιαγωγών και άλλες τεχνολογικές προόδους.
Σε αυτό το άρθρο θα σας πούμε ποια είναι η ανακάλυψη των επιστημόνων για το α νέα ιδιότητα του φωτός.
Νέα ιδιότητα του φωτός
Οι ερευνητές, σε συνεργασία με τους ομολόγους τους στο Ομοσπονδιακό Πανεπιστήμιο του Καζάν στη Ρωσία, εξέθεσαν σε μια πρόσφατη δημοσίευση στο περιοδικό ACS Nano πώς ανακάλυψαν ότι τα φωτόνια, όταν περιορίζονται σε χώρους κλίμακας νανομέτρων στο πυρίτιο, Μπορούν να αποκτήσουν σημαντική ορμή συγκρίσιμη με αυτή των ηλεκτρονίων σε στερεά υλικά.
Σύμφωνα με δήλωση της μελέτης, «το πυρίτιο, το οποίο είναι το δεύτερο πιο διαδεδομένο στοιχείο στον πλανήτη μας και χρησιμεύει ως βάση των σύγχρονων ηλεκτρονικών συσκευών, έχει αντιμετωπίσει εμπόδια στην εφαρμογή του στην οπτοηλεκτρονική λόγω των φτωχών οπτικών χαρακτηριστικών του». Ο Ντμίτρι Φίσμαν, αναπληρωτής καθηγητής χημείας στο Irvine, είναι ο ανώτερος συγγραφέας.
Σύμφωνα με τη δήλωσή του, το πυρίτιο, στη μαζική του μορφή, Δεν έχει την εγγενή ικανότητα να εκπέμπει φως. Ωστόσο, όταν εκτίθεται σε ορατή ακτινοβολία, το πορώδες, νανοδομημένο πυρίτιο έχει την ικανότητα να παράγει παρατηρήσιμο φως. Αυτό το φαινόμενο έχει αναγνωριστεί από τους επιστήμονες εδώ και πολλά χρόνια, αν και η ακριβής πηγή του φωτισμού παραμένει θέμα διαμάχης.
Ο Fishman εξήγησε ότι η πρωτοποριακή ανακάλυψη του Arthur Compton το 1923 αποκάλυψε ότι τα φωτόνια γάμμα είχαν αρκετή ορμή για να εμπλακούν σε σημαντικές αλληλεπιδράσεις με τα ηλεκτρόνια, είτε αυτά ήταν ελεύθερα είτε δεσμευμένα. Αυτό το θεμελιώδες εύρημα παρείχε στοιχεία για τη διπλή φύση του φωτός, που περιελάμβανε τόσο κυματικά όσο και σωματιδιακά χαρακτηριστικά. Χάρη σε αυτό, Ο Compton έλαβε το Νόμπελ Φυσικής το 1927..
Μέσω των πειραμάτων που πραγματοποιήσαμε, έδειξαν ότι ο χειρισμός του ορατού φωτός μέσα σε κρυστάλλους πυριτίου νανοκλίμακας οδηγεί σε οπτική αλληλεπίδραση εντός ημιαγωγών που είναι συγκρίσιμοι.
Για να κατανοήσετε την αρχή της αλληλεπίδρασης, είναι απαραίτητο να επιστρέψουμε στις αρχές του 20ου αιώνα. Κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, ο CV Raman, ένας διάσημος Ινδός φυσικός που αργότερα έλαβε το Βραβείο Νόμπελ Φυσικής το 1930, προσπάθησε να επαναλάβει το πείραμα του Compton χρησιμοποιώντας ορατό φως. Ωστόσο, αντιμετώπισε ένα σημαντικό εμπόδιο: την αξιοσημείωτη διαφορά μεταξύ της ορμής των ηλεκτρονίων και εκείνης των ορατών φωτονίων.
Παρά το γεγονός ότι αντιμετώπισε μια οπισθοδρόμηση, οι μελέτες του Raman σχετικά με την ανελαστική σκέδαση σε υγρά και αέρια κατέληξαν στην ανακάλυψη του φαινομένου Raman, το οποίο είναι πλέον ευρέως αναγνωρισμένο. Ως αποτέλεσμα, η φασματοσκοπία, μια ζωτικής σημασίας τεχνική για τη μελέτη της ύλης, είναι κοινώς γνωστή ως σκέδαση Raman.
Σκέδαση ηλεκτρονίων Raman
Ο συν-συγγραφέας Eric Potma, ο οποίος είναι επίσης καθηγητής χημείας στο Irvine, εξήγησε ότι η αποκάλυψη της φωτονικής ορμής στο διαταραγμένο πυρίτιο μπορεί να αποδοθεί σε έναν τύπο ηλεκτρονικής σκέδασης Raman. Ωστόσο, σε αντίθεση με τα παραδοσιακά δονητικά Raman, Το ηλεκτρόνιο Raman περιλαμβάνει διαφορετικά σημεία έναρξης και λήξης για το ηλεκτρόνιο, φαινόμενο που παλαιότερα παρατηρούνταν μόνο σε μεταλλικές ουσίες.
Στο εργαστήριό τους, οι ερευνητές δημιούργησαν δείγματα γυαλιού πυριτίου με διάφορους βαθμούς διαφάνειας, από άμορφο έως κρυσταλλικό. Για να πραγματοποιήσουν τα πειράματά τους, χρησιμοποίησαν μια μεμβράνη πυριτίου πάχους 300 νανομέτρων και κατεύθυναν μια δέσμη λέιζερ με ακρίβεια εστιασμένης συνεχούς κύματος, την οποία κινούσαν με μια κίνηση σάρωσης για να εγγράψουν μια ακολουθία ευθειών γραμμών.
Κατά την υποβολή Σε ορισμένες περιοχές σε θερμοκρασίες κάτω των 500 βαθμών Κελσίου, παρήχθη ένα ομοιόμορφο γυάλινο υλικό με σταυροειδείς δεσμούς με αυτή τη διαδικασία. Αντίθετα, όταν οι θερμοκρασίες ξεπέρασαν το όριο των 500 C, σχηματίστηκε ένα ανόμοιο γυαλί ημιαγωγών. Αυτή η ενδιαφέρουσα «ελαφριά μεμβράνη αφρού» επέτρεψε στους επιστήμονες να εξετάσουν σχολαστικά μικρές διακυμάνσεις στα ηλεκτρονικά, οπτικά και θερμικά χαρακτηριστικά σε νανοκλίμακα.
Σύμφωνα με τον Fishman, το συγκεκριμένο έργο αποτελεί πρόκληση για την τρέχουσα κατανόησή μας για το πώς αλληλεπιδρούν το φως και η ύλη, τονίζοντας τον σημαντικό ρόλο που παίζει η φωτονική ορμή στη διαδικασία.
Η αλληλεπίδραση μεταξύ ηλεκτρονίων και φωτονίων εντείνεται σε χαοτικά συστήματα λόγω της ευθυγράμμισης των ροπών τους, ένα φαινόμενο που προηγουμένως πιστευόταν ότι συμβαίνει μόνο με γάμμα φωτόνια υψηλής ενέργειας στην κλασική σκέδαση Compton. Αυτή η πρωτοποριακή ανακάλυψη ανοίγει νέες δυνατότητες για την επέκταση της εμβέλειας της συμβατικής οπτικής φασματοσκοπίας. Ξεπερνά τις συνήθεις εφαρμογές του στη χημική ανάλυση, όπως η παραδοσιακή δονητική φασματοσκοπία Raman που χρησιμοποιείται σε δομικές μελέτες. Αυτό το εύρημα υπογραμμίζει τη σημασία της εξέτασης της ορμής των φωτονίων κατά την εξέταση των πληροφοριών που μεταφέρουν.
τυπωμένο φως
Όταν ο κεραυνός χτυπά μια επιφάνεια που δεν έχει καμπυλότητα, αφήνεται πίσω ένα αδιαμφισβήτητο σχήμα μισοφέγγαρου. Αυτή η παρατήρηση οδήγησε τους επιστήμονες να διακρίνουν ότι τα φωτόνια στο εμπρόσθιο τμήμα της σπειροειδούς φωτεινής στήλης παρουσίαζαν μια περιστροφή γύρω από ο πυρήνας του είναι συγκριτικά πιο αργός από τα φωτόνια που βρίσκονται στο πίσω μέρος της δέσμης. Αυτή η ανακάλυψη παρέχει αποτελεσματικά μια εύλογη εξήγηση για αυτό το συγκεκριμένο φαινόμενο.
Μια ομάδα επιστημόνων από διάφορα ιδρύματα στην Ισπανία και τις Ηνωμένες Πολιτείες έκανε μια συναρπαστική αποκάλυψη. Έχουν εντοπίσει ένα άγνωστο μέχρι τώρα χαρακτηριστικό του φωτός, το οποίο ονόμασαν «αυτοζεύγος». Αυτή η ιδιότητα μπορεί να συγκριθεί με μια επιμήκη σπείρα ή έλικα, που θυμίζει ελατήριο. Τα ευρήματα, που δημοσιεύθηκαν στο περιοδικό Science με τίτλο «Γενιά ακραίων υπεριωδών ακτίνων με χρονικά μεταβαλλόμενη τροχιακή γωνιακή ορμή», έχουν τη δυνατότητα να ανοίξουν το δρόμο για πρωτοποριακές τεχνολογικές προόδους.
Οι επιστήμονες κατάφεραν να κάνουν αυτή την ανακάλυψη με βάση προηγούμενα πειράματα. Αυτά τα πειράματα περιλάμβανε την κατεύθυνση δύο ακτίνων λέιζερ ταυτόχρονα σε ένα σύννεφο αερίου αργού. Κάνοντας αυτό, οι ακτίνες φωτός αναγκάστηκαν να συνδυαστούν και να σχηματίσουν μια ενοποιημένη δέσμη. Αυτό οδήγησε τους επιστήμονες να συνειδητοποιήσουν ότι το φως μπορεί να ασκήσει μια ανιχνεύσιμη ποσότητα πίεσης σε φωτισμένα αντικείμενα. Αυτή η αρχή είναι που θα ωθούσε ένα ηλιακό πανί στο διάστημα.
Ελπίζω ότι με αυτές τις πληροφορίες μπορείτε να μάθετε περισσότερα για τη νέα ιδιότητα του φωτός που ανακάλυψαν οι επιστήμονες.