Команда химиков Калифорнийского университета в Ирвине сделала захватывающее открытие, которое раскрывает новое взаимодействие между светом и материей, которое было неизвестно до сих пор. Авторы предполагают, что это открытие может улучшить солнечные энергетические системы, светодиоды, полупроводниковые лазеры и другие технологические достижения.
В этой статье мы расскажем вам, в чем состоит открытие ученых о новое свойство света.
Новое свойство света
Исследователи в сотрудничестве со своими коллегами из Казанского федерального университета в России подробно рассказали в недавней публикации в журнале ACS Nano, как они обнаружили, что фотоны, удерживаемые в пространствах нанометрового масштаба в кремнии, Они могут приобретать значительный импульс, сравнимый с импульсом электронов в твердых материалах.
Согласно заявлению исследования, «кремний, который является вторым по распространенности элементом на нашей планете и служит основой современных электронных устройств, столкнулся с препятствиями в своем применении в оптоэлектронике из-за своих плохих оптических характеристик». Дмитрий Фишман, доцент кафедры химии Ирвинского университета, является старшим автором.
По его заявлению, кремний в своей массивной форме Он не обладает свойственной ему способностью излучать свет. Однако под воздействием видимого излучения пористый наноструктурированный кремний способен генерировать наблюдаемый свет. Это явление признавалось учеными уже много лет, хотя точный источник освещения остается предметом споров.
Фишман объяснил, что новаторское открытие Артура Комптона в 1923 году показало, что гамма-фотоны обладают достаточным импульсом, чтобы вступать в значительные взаимодействия с электронами, независимо от того, свободны они или связаны. Это фундаментальное открытие предоставило доказательства двойственной природы света, охватывающей как волновые, так и корпускулярные характеристики. Благодаря этому, Комптон получил Нобелевскую премию по физике в 1927 году..
В ходе проведенных нами экспериментов они показали, что манипулирование видимым светом внутри наноразмерных кристаллов кремния приводит к сравнимому оптическому взаимодействию внутри полупроводников.
Чтобы понять начало взаимодействия, надо вернуться в начало 20 века. В это время К.В. Раман, известный индийский физик, позднее получивший Нобелевскую премию по физике в 1930 году, попытался повторить эксперимент Комптона, используя видимый свет. Однако он столкнулся с серьезным препятствием: заметным несоответствием между импульсом электронов и импульсом видимых фотонов.
Несмотря на неудачу, исследования Рамана по неупругому рассеянию в жидкостях и газах привели к открытию вибрационного эффекта Рамана, который в настоящее время широко признан. В результате спектроскопия, жизненно важный метод изучения материи, широко известна как комбинационное рассеяние света.
Комбинационное рассеяние электронов
Соавтор Эрик Потма, который также является профессором химии в Ирвайне, объяснил, что обнаружение фотонного импульса в неупорядоченном кремнии можно отнести к типу электронного комбинационного рассеяния света. Однако, в отличие от традиционного вибрационного комбинационного рассеяния света, Электронное комбинационное рассеяние охватывает разные начальные и конечные точки электрона., явление, которое ранее наблюдалось только в металлических веществах.
В своей лаборатории исследователи создали образцы кремниевого стекла с разной степенью прозрачности: от аморфного до кристаллического. Для проведения экспериментов они использовали кремниевую пленку толщиной 300 нанометров и направляли точно сфокусированный луч непрерывного лазера, который перемещали сканирующими движениями, чтобы вписать последовательность прямых линий.
При отправке в некоторых регионах при температуре ниже 500 градусов по Цельсию с помощью этого процесса производился однородный сшитый стеклянный материал. Напротив, когда температура превышала порог в 500°С, образовывалось разрозненное полупроводниковое стекло. Эта интригующая «легкая пенопластовая пленка» позволила ученым тщательно исследовать небольшие колебания электронных, оптических и тепловых характеристик на наноуровне.
По словам Фишмана, эта конкретная работа бросает вызов нашему нынешнему пониманию того, как взаимодействуют свет и материя. подчеркивая важную роль, которую фотонный импульс играет в этом процессе.
Взаимодействие между электронами и фотонами усиливается в хаотических системах из-за выравнивания их моментов - явление, которое, как считалось ранее, происходит только с гамма-фотонами высоких энергий при классическом комптоновском рассеянии. Это революционное открытие открывает новые возможности для расширения возможностей традиционной оптической спектроскопии. Он выходит за рамки обычных применений в химическом анализе, таких как традиционная колебательная рамановская спектроскопия, используемая в структурных исследованиях. Это открытие подчеркивает важность учета импульса фотонов при изучении информации, которую они несут.
печатный свет
Когда молния ударяет в поверхность без кривизны, после нее остается безошибочная форма полумесяца. Это наблюдение привело учёных к выводу, что фотоны в самой передней части спиралевидного светового столба вращаются вокруг своей оси. его ядро сравнительно медленнее, чем фотоны, расположенные в задней части луча. Это открытие эффективно дает правдоподобное объяснение этому конкретному явлению.
Группа ученых из различных институтов Испании и США сделала захватывающее открытие. Они определили до сих пор неизвестную характеристику света, которую назвали «автопарой». Это свойство можно сравнить с вытянутой спиралью или спиралью, напоминающей пружину. Результаты, опубликованные в журнале Science под заголовком «Генерация лучей крайнего ультрафиолета с изменяющимся во времени орбитальным угловым моментом», могут проложить путь к революционным технологическим достижениям.
Это открытие ученые смогли сделать на основе предыдущих экспериментов. Эти эксперименты предполагалось одновременное направление двух лазерных лучей в облако газообразного аргона.. При этом лучи света были вынуждены объединиться и сформировать единый луч. Это привело учёных к выводу, что свет может оказывать заметное давление на освещаемые объекты. Именно этот принцип позволит солнечному парусу двигаться в космосе.
Надеюсь, что благодаря этой информации вы сможете больше узнать о новом свойстве света, открытом учеными.