科学者が光の新しい性質を発見

光の変化

カリフォルニア大学アーバイン校の化学者チームは、これまで知られていなかった光と物質の間の新たな相互作用を明らかにする刺激的な発見をしました。著者らは、この発見が太陽エネルギーシステム、発光ダイオード、半導体レーザー、その他の技術進歩を改善する可能性があることを示唆しています。

この記事では、科学者が発見したことについて説明します。 光の新しい性質.

光の新しい性質

光線

研究者らは、ロシアのカザン連邦大学の研究者らと共同で、シリコン内のナノメートルスケールの空間内に光子が閉じ込められているとき、どのようにして光子が それらは、固体材料内の電子の運動量に匹敵する大きな運動量を得ることができます。

研究の声明によると、「地球上で2番目に普及している元素であり、現代の電子機器の基礎となっているシリコンは、光学特性が劣るため、オプトエレクトロニクスへの応用において障害に直面している」という。アーバイン大学化学准教授のドミトリー・フィッシュマンが主任著者です。

彼の声明によると、シリコンはその巨大な形状で、 本来は発光する能力を持っていません。 しかし、可視光線にさらされると、多孔質のナノ構造シリコンは観察可能な光を生成する能力を持ちます。この現象は科学者によって長年認識されてきましたが、照明の正確な発生源については依然として議論の余地があります。

フィッシュマン氏は、1923年のアーサー・コンプトンの先駆的な発見により、ガンマ光子が自由か束縛かにかかわらず、電子と重要な相互作用を起こすのに十分な運動量を持っていることが明らかになったと説明した。この基本的な発見は、波と粒子の両方の特性を含む、光の二重の性質の証拠を提供しました。そのおかげで、 コンプトンは 1927 年にノーベル物理学賞を受賞しました。.

私たちが実施した実験を通じて、ナノスケールのシリコン結晶内で可視光を操作すると、半導体内で同等の光学的相互作用が生じることが示されました。

インタラクションの始まりを理解するには、 20世紀初頭に戻る必要がある。この間、インドの著名な物理学者であり、後に 1930 年にノーベル物理学賞を受賞した CV ラマンは、可視光を使用してコンプトンの実験を再現しようと試みました。しかし、彼は大きな障害に直面しました。それは、電子の運動量と可視光子の運動量との間の顕著な不一致です。

挫折に直面したにもかかわらず、液体と気体における非弾性散乱に関するラマンの研究は、振動ラマン効果の発見につながりました。 今では広く認知されています。その結果、物質を研究するための重要な技術である分光法は、一般にラマン散乱として知られています。

ラマン電子散乱

光の新しい性質

共著者であり、アーバイン大学の化学教授でもあるエリック・ポトマ氏は、無秩序なシリコンにおける光子運動量の発現は、一種の電子ラマン散乱に起因する可能性があると説明した。ただし、従来の振動ラマンとは異なり、 電子ラマンには、電子のさまざまな開始点と終了点が含まれます。、これまで金属物質でのみ観察された現象。

研究者らは研究室で、非晶質から結晶質までさまざまな透明度のシリコンガラスサンプルを作成した。実験を実行するために、彼らは厚さ 300 ナノメートルのシリコン膜を使用し、正確に焦点を合わせた連続波レーザー ビームを照射し、それを走査運動で移動させて一連の直線を刻みました。

提出時 摂氏 500 度未満の特定の領域では、このプロセスによって均一な架橋ガラス材料が生成されました。 逆に、温度がしきい値の 500℃ を超えると、異種の半導体ガラスが形成されました。この興味深い「軽量発泡フィルム」により、科学者は電子的、光学的、熱的特性の小さな変動をナノスケールで注意深く調べることができました。

フィッシュマンによれば、この特定の研究は、光と物質がどのように相互作用するかについての現在の理解に挑戦を提示します。 光子の運動量がその過程で果たす重要な役割を強調しています。

電子と光子の間の相互作用は、それらのモーメントの整列によりカオス系では強化されます。この現象は、これまで古典的なコンプトン散乱における高エネルギーのガンマ光子でのみ起こると考えられていました。この画期的な発見は、従来の光学分光法の範囲を拡大する新たな可能性を開きます。これは、構造研究で使用される従来の振動ラマン分光法など、化学分析における通常の用途を超えています。この発見は、光子が運ぶ情報を調べる際に光子の運動量を考慮することの重要性を強調しています。

プリントされた光

光の性質

曲率の​​ない表面に雷が落ちると、紛れもない三日月の形が残ります。この観察により、科学者らは、らせん状の光柱の最前部にある光子が回転を示していることを認識しました。 そのコアはビームの後方に置かれた光子よりも比較的遅い。 この発見は、この特定の現象に対するもっともらしい説明を効果的に提供します。

スペインと米国のさまざまな機関の科学者グループが、刺激的な新事実を発表しました。彼らは、これまで知られていなかった光の特性を特定し、それを「オートカップル」と呼んだ。この特性は、バネを思わせる細長い螺旋またはらせんに例えることができます。この研究結果は、「時間変化する軌道角運動量による極紫外線ビームの生成」というタイトルでサイエンス誌に掲載され、画期的な技術進歩への道を開く可能性を秘めている。

科学者たちは以前の実験に基づいてこの発見をすることができました。こういった実験は 2つのレーザービームをアルゴンガスの雲に同時に照射することを含む。これにより、光線が強制的に結合され、統一されたビームが形成されます。このことから、科学者たちは、光が照らされた物体に検出可能な量の圧力を及ぼす可能性があることに気づきました。この原理は、宇宙を航行するソーラーセイルを推進するものです。

この情報によって、科学者によって発見された光の新しい性質についてさらに学ぶことができれば幸いです。


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