طی مطالعات محققان از مهندسی نوری، یعنی عمل استفاده از لیزر برای تغییر سریع و موقت خواص مواد استفاده میکنند
پنجره‌هایی را تصور کنید که به راحتی می‌توانند به آینه تبدیل شوند، یا رایانه‌هایی با سرعت فوق‌العاده که بر روی الکترون‌ها کار نمی‌کنند، بلکه نور هستند. اینها تنها برخی از کاربردهای بالقوه ای هستند که روزی می توانند از مهندسی نوری، یعنی عمل استفاده از لیزر برای تغییر سریع و موقت خواص مواد، پدیدار شوند.
دیوید هسیه، پروفسور فیزیک Caltech می‌گوید: «این ابزارها می‌توانند به شما این امکان را بدهند که خواص الکترونیکی مواد را با تکان یک کلید نور تغییر دهید.» اما فناوری ها به دلیل مشکل ایجاد گرمای بیش از حد لیزر در مواد محدود شده است.
در یک مطالعه جدید در نیچر، هسیه و تیمش، از جمله نویسنده ارشد و دانشجوی فارغ التحصیل جونی شان، موفقیت خود را در استفاده از لیزر برای مجسمه سازی چشمگیر خواص مواد بدون تولید حرارت مضر بیش از حد گزارش کردند.
شان می‌گوید: «لیزرهای مورد نیاز برای این آزمایش‌ها بسیار قدرتمند هستند، بنابراین گرم نشدن و آسیب‌دیدگی مواد کار سختی است. از یک طرف، ما می‌خواهیم که این ماده در معرض نور لیزر بسیار شدید قرار گیرد. از طرف دیگر، ما نمی‌خواهیم که مواد هیچ یک از آن نور را جذب کنند.» شان می‌گوید برای دور زدن این موضوع، تیم یک «نقطه » پیدا کرد، جایی که فرکانس لیزر به‌گونه‌ای تنظیم می‌شود که به‌طور قابل توجهی خواص مواد را بدون ایجاد گرمای ناخواسته تغییر دهد.
دانشمندان همچنین می گویند که یک ماده ایده آل برای نشان دادن این روش پیدا کرده اند. این ماده نیمه هادی به نام تری سولفید فسفر منگنز است که به طور طبیعی تنها مقدار کمی نور را در محدوده وسیعی از فرکانس های مادون قرمز جذب می کند. هسیه، شان و همکارانش برای آزمایش‌های خود از پالس‌های لیزری مادون قرمز شدید که هر کدام حدود 10 تا 13 ثانیه طول می‌کشید، استفاده کردند تا انرژی الکترون‌های داخل ماده را به سرعت تغییر دهند. در نتیجه، مواد از حالت بسیار مات، برای رنگ‌های خاصی از نور، به شفافیت بسیار بالا تغییر یافت.
محققان می گویند حتی مهم تر از آن، این واقعیت است که این فرآیند برگشت پذیر است. هنگامی که لیزر خاموش می شود، مواد فوراً بدون آسیب به حالت اولیه باز می گردند. اگر مواد نور لیزر را جذب کرده و گرم شده باشند، این امکان پذیر نخواهد بود، زیرا زمان زیادی طول می کشد تا مواد گرما را از بین ببرند. دستکاری بدون گرما مورد استفاده در فرآیند جدید به عنوان «مهندسی نوری منسجم» شناخته می شود.
این روش به این دلیل کار می‌کند که نور تفاوت‌های بین سطوح انرژی الکترون‌ها را در نیمه‌رسانا (به نام شکاف نواری) تغییر می‌دهد بدون اینکه خود الکترون‌ها را به سطوح مختلف انرژی که همان چیزی است که گرما تولید می‌کند، وارد کند.
حسیه توضیح می‌دهد: «انگار شما یک قایق دارید، و سپس یک موج بزرگ از راه می‌آید و به شدت قایق را بالا و پایین می‌کند بدون اینکه باعث شود هیچ یک از مسافران به زمین بیفتند. لیزر ما به شدت سطوح انرژی مواد را تکان می‌دهد و این ویژگی‌های مواد را تغییر می‌دهد، اما الکترون‌ها در جای خود باقی می‌مانند.»
این یافته‌ها به این معناست که محققان دیگر اکنون می‌توانند به طور بالقوه از نور برای ایجاد مصنوعی موادی مانند آهن‌ربای‌های کوانتومی عجیب و غریب استفاده کنند که در غیر این صورت ایجاد طبیعی آن دشوار یا حتی غیرممکن بود. در اصل، این روش می‌تواند ویژگی‌های نوری، مغناطیسی و بسیاری دیگر از مواد را تغییر دهد. و میتوان گفت این یک روش جایگزین برای انجام علم مواد است. به جای ساختن مواد جدید برای درک خواص مختلف، می‌توانیم فقط یک ماده را انتخاب کنیم و در نهایت طیف وسیعی از خواص مفید را به آن بدهیم.
های فن تک از شما دعوت می کند نظرات خود را در مورد این مقاله به اشتراک بگذارید