Gli scienziati scoprono una nuova proprietà della luce

cambiamenti di luce

Il team di chimici dell'Università della California, Irvine, ha fatto una scoperta entusiasmante che rivela una nuova interazione tra luce e materia fino ad ora sconosciuta. Gli autori suggeriscono che questa scoperta ha il potenziale per migliorare i sistemi di energia solare, i diodi emettitori di luce, i laser a semiconduttore e altri progressi tecnologici.

In questo articolo ti diremo qual è la scoperta degli scienziati su a nuova proprietà della luce.

Nuova proprietà della luce

raggio di luce

I ricercatori, in collaborazione con i loro colleghi dell’Università Federale di Kazan in Russia, hanno spiegato in una recente pubblicazione sulla rivista ACS Nano come hanno scoperto che i fotoni, quando confinati in spazi su scala nanometrica nel silicio, Possono acquisire una quantità di moto significativa paragonabile a quella degli elettroni nei materiali solidi.

Secondo una dichiarazione dello studio, "il silicio, che è il secondo elemento più diffuso sul nostro pianeta e funge da base per i dispositivi elettronici contemporanei, ha incontrato ostacoli nella sua applicazione all'optoelettronica a causa delle sue scarse caratteristiche ottiche". Dmitry Fishman, professore associato di chimica a Irvine, è l'autore senior.

Secondo la sua dichiarazione, il silicio, nella sua forma massiccia, Non ha la capacità intrinseca di emettere luce. Tuttavia, quando esposto a radiazioni visibili, il silicio poroso e nanostrutturato ha la capacità di generare luce osservabile. Questo fenomeno è stato riconosciuto dagli scienziati da molti anni, anche se la fonte esatta dell'illuminazione rimane oggetto di controversia.

Fishman spiegò che la scoperta pionieristica di Arthur Compton nel 1923 rivelò che i fotoni gamma avevano abbastanza quantità di moto per impegnarsi in interazioni significative con gli elettroni, siano essi liberi o legati. Questa scoperta fondamentale ha fornito la prova della duplice natura della luce, che comprende sia le caratteristiche delle onde che quelle delle particelle. Grazie a ciò, Compton ricevette il Premio Nobel per la fisica nel 1927..

Attraverso i nostri esperimenti condotti, hanno dimostrato che la manipolazione della luce visibile all'interno dei cristalli di silicio su scala nanometrica determina un'interazione ottica comparabile all'interno di semiconduttori.

Per comprendere l'inizio dell'interazione, è necessario risalire all'inizio del XX secolo. Durante questo periodo, CV Raman, un famoso fisico indiano che in seguito ricevette il Premio Nobel per la fisica nel 1930, tentò di replicare l'esperimento di Compton utilizzando la luce visibile. Tuttavia dovette affrontare un grosso ostacolo: la notevole discrepanza tra la quantità di moto degli elettroni e quella dei fotoni visibili.

Nonostante una battuta d'arresto, gli studi di Raman sulla diffusione anelastica nei liquidi e nei gas hanno portato alla scoperta dell'effetto vibrazionale Raman, che è ormai ampiamente riconosciuto. Di conseguenza, la spettroscopia, una tecnica vitale per lo studio della materia, è comunemente nota come diffusione Raman.

Diffusione Raman degli elettroni

nuova proprietà della luce

Il coautore Eric Potma, che è anche professore di chimica a Irvine, ha spiegato che la rivelazione del momento fotonico nel silicio disordinato può essere attribuita a un tipo di diffusione Raman elettronica. Tuttavia, a differenza del tradizionale Raman vibrazionale, Il Raman elettronico comprende diversi punti iniziali e finali dell'elettrone, fenomeno che in precedenza veniva osservato solo nelle sostanze metalliche.

Nel loro laboratorio, i ricercatori hanno creato campioni di vetro al silicio con vari gradi di trasparenza, da amorfo a cristallino. Per eseguire i loro esperimenti, hanno utilizzato una pellicola di silicio spessa 300 nanometri e hanno diretto un raggio laser a onda continua focalizzato con precisione, che hanno spostato con un movimento di scansione per inscrivere una sequenza di linee rette.

Al momento dell'invio In alcune regioni a temperature inferiori a 500 gradi Celsius, con questo processo è stato prodotto un materiale di vetro reticolato uniforme. Al contrario, quando le temperature superavano la soglia dei 500 C, si formava un vetro semiconduttore disparato. Questo intrigante “film di schiuma leggera” ha permesso agli scienziati di esaminare meticolosamente piccole fluttuazioni nelle caratteristiche elettroniche, ottiche e termiche su scala nanometrica.

Secondo Fishman, questo particolare lavoro rappresenta una sfida alla nostra attuale comprensione di come interagiscono luce e materia, sottolineando il ruolo importante che il momento fotonico gioca nel processo.

L’interazione tra elettroni e fotoni è intensificata nei sistemi caotici a causa dell’allineamento dei loro momenti, un fenomeno precedentemente ritenuto verificarsi solo con fotoni gamma ad alta energia nello scattering Compton classico. Questa scoperta rivoluzionaria apre nuove possibilità per espandere la portata della spettroscopia ottica convenzionale. Va oltre le sue consuete applicazioni nell'analisi chimica, come la tradizionale spettroscopia Raman vibrazionale utilizzata negli studi strutturali. Questa scoperta sottolinea l’importanza di considerare la quantità di moto dei fotoni quando si esaminano le informazioni che trasportano.

luce stampata

proprietà della luce

Quando un fulmine colpisce una superficie priva di curvatura, lascia dietro di sé un'inconfondibile forma a mezzaluna. Questa osservazione ha portato gli scienziati a discernere che i fotoni nella sezione anteriore della colonna di luce a forma di spirale esibivano una rotazione il suo nucleo è relativamente più lento dei fotoni posti nella parte posteriore del raggio. Questa scoperta fornisce effettivamente una spiegazione plausibile per questo particolare fenomeno.

Un gruppo di scienziati provenienti da varie istituzioni spagnole e statunitensi ha fatto una rivelazione entusiasmante. Hanno identificato una caratteristica della luce finora sconosciuta, che hanno chiamato “autocoppia”. Questa proprietà può essere paragonata ad una spirale o ad un'elica allungata, che ricorda una molla. I risultati, pubblicati sulla rivista Science con il titolo “Generazione di raggi ultravioletti estremi con momento angolare orbitale variabile nel tempo”, hanno il potenziale per aprire la strada a progressi tecnologici rivoluzionari.

Gli scienziati sono stati in grado di fare questa scoperta sulla base di esperimenti precedenti. Questi esperimenti prevedeva di dirigere due raggi laser simultaneamente in una nuvola di gas argon. In questo modo, i raggi luminosi erano costretti a combinarsi e formare un fascio unificato. Ciò ha portato gli scienziati a rendersi conto che la luce può esercitare una quantità rilevabile di pressione sugli oggetti illuminati. Questo principio è ciò che spingerebbe una vela solare attraverso lo spazio.

Spero che con queste informazioni tu possa imparare di più sulla nuova proprietà della luce scoperta dagli scienziati.


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