Екипът от химици в Калифорнийския университет в Ървайн направи вълнуващо откритие, което разкрива ново взаимодействие между светлина и материя, което беше непознато досега. Авторите предполагат, че това откритие има потенциала да подобри слънчевите енергийни системи, светоизлъчващите диоди, полупроводниковите лазери и други технологични постижения.
В тази статия ще ви разкажем какво е откритието на учените за a ново свойство на светлината.
Ново свойство на светлината
Изследователите, в сътрудничество със своите колеги от Казанския федерален университет в Русия, описаха подробно в скорошна публикация в списанието ACS Nano как са открили, че фотоните, когато са затворени в нанометрови пространства в силиций, Те могат да придобият значителна инерция, сравнима с тази на електроните в твърди материали.
Според изявление от проучването, "силицийът, който е вторият най-разпространен елемент на нашата планета и служи като основа на съвременните електронни устройства, е изправен пред препятствия при приложението си в оптоелектрониката поради лошите си оптични характеристики." Дмитрий Фишман, доцент по химия в Ървайн, е главният автор.
Според неговото изявление, силицият, в своята масивна форма, Той няма присъщата способност да излъчва светлина. Въпреки това, когато е изложен на видима радиация, порестият, наноструктуриран силиций има способността да генерира видима светлина. Това явление се признава от учените от много години, въпреки че точният източник на светлината остава въпрос на спорове.
Фишман обясни, че пионерското откритие на Артър Комптън през 1923 г. разкрива, че гама фотоните имат достатъчно импулс, за да се включат в значителни взаимодействия с електрони, независимо дали са свободни или свързани. Това фундаментално откритие предостави доказателство за двойствената природа на светлината, обхващаща както характеристиките на вълните, така и на частиците. Благодарение на това, Комптън получава Нобелова награда за физика през 1927 г..
Чрез проведените от нас експерименти те показаха, че манипулирането на видимата светлина в наномащабните силициеви кристали води до оптично взаимодействие в рамките на полупроводници, които са сравними.
За да разберете началото на взаимодействието, необходимо е да се върнем в началото на 20 век. През това време CV Raman, известен индийски физик, който по-късно получава Нобелова награда за физика през 1930 г., се опитва да възпроизведе експеримента на Compton, използвайки видима светлина. Въпреки това той се сблъсква с голяма пречка: забележимото несъответствие между импулса на електроните и този на видимите фотони.
Въпреки че са изправени пред неуспех, изследванията на Раман върху нееластичното разсейване в течности и газове доведоха до откриването на вибрационния ефект на Раман, който вече е широко признат. В резултат на това спектроскопията, жизненоважна техника за изучаване на материята, е известна като Раманово разсейване.
Раманово разсейване на електрони
Съавторът Ерик Потма, който също е професор по химия в Ървайн, обясни, че разкриването на фотонен импулс в неподредения силиций може да се припише на вид електронно раманово разсейване. Въпреки това, за разлика от традиционния вибрационен Раман, Електронният Раман обхваща различни начални и крайни точки за електрона, явление, което преди това се наблюдаваше само в метални вещества.
В своята лаборатория изследователите създадоха проби от силициево стъкло с различна степен на прозрачност, от аморфно до кристално. За да извършат своите експерименти, те използваха силиконов филм с дебелина 300 нанометра и насочиха прецизно фокусиран лазерен лъч с непрекъсната вълна, който преместиха със сканиращо движение, за да впишат последователност от прави линии.
При подаване определени региони при температури под 500 градуса по Целзий, чрез този процес се произвежда равномерен омрежен стъклен материал. Напротив, когато температурите надвишават прага от 500 C, се образува различно полупроводниково стъкло. Този интригуващ „светъл филм от пяна“ позволи на учените да изследват щателно малките колебания в електронните, оптичните и топлинните характеристики в наномащаба.
Според Фишман тази конкретна работа представлява предизвикателство за сегашното ни разбиране за това как светлината и материята си взаимодействат, подчертавайки важната роля, която фотонният импулс играе в процеса.
Взаимодействието между електрони и фотони се засилва в хаотичните системи поради подравняването на техните моменти, феномен, за който преди се смяташе, че възниква само при високоенергийни гама фотони в класическото Комптъново разсейване. Това новаторско откритие отваря нови възможности за разширяване на обхвата на конвенционалната оптична спектроскопия. Той надхвърля обичайните си приложения в химичния анализ, като традиционната вибрационна раманова спектроскопия, използвана в структурни изследвания. Това откритие подчертава важността на отчитането на импулса на фотоните при изследване на информацията, която носят.
печатна светлина
Когато светкавица удари повърхност без извивки, безпогрешната форма на полумесец остава. Това наблюдение накара учените да разберат, че фотоните в най-предната част на спираловидната светлинна колона показват въртене около ядрото му е сравнително по-бавно от фотоните, поставени в задната част на лъча. Това откритие ефективно дава правдоподобно обяснение за този конкретен феномен.
Група учени от различни институции в Испания и САЩ направиха вълнуващо разкритие. Те са идентифицирали неизвестна досега характеристика на светлината, която са нарекли "автодвойка". Това свойство може да се сравни с удължена спирала или спирала, напомняща на пружина. Констатациите, публикувани в списание Science под заглавието „Генериране на екстремни ултравиолетови лъчи с променящ се във времето орбитален ъглов момент“, имат потенциала да проправят пътя за новаторски технологичен напредък.
Учените успяха да направят това откритие въз основа на предишни експерименти. Тези експерименти включващи насочване на два лазерни лъча едновременно в облак от газ аргон. Правейки това, светлинните лъчи бяха принудени да се комбинират и да образуват единен лъч. Това накара учените да осъзнаят, че светлината може да упражнява откриваемо количество натиск върху осветени обекти. Този принцип е това, което би задвижило слънчево платно през космоса.
Надявам се, че с тази информация можете да научите повече за новото свойство на светлината, открито от учените.