最近、偶然、スイスのローザンヌにあるスイス連邦工科大学と日本の東京工業大学の科学者チームが、フェムト秒レーザーからの超高速レーザーパルスを使用してテルライトガラス内の原子を照射し、驚くべき物質に関する言及を発見した。秘密。
フェムト秒レーザーで照射された亜テルル酸塩ガラスの原子は再組織化され、科学者は亜テルル酸塩ガラスを半導体材料に変える方法を発見できるようになりました。 なぜこの発見は驚くべきのでしょうか? その主な理由は、半導体材料が太陽光にさらされると発電するためであり、将来的には人々の日常生活にある窓を単一材料の集光・感知デバイスに変えることが可能となり、大きな可能性を秘めていることは間違いありません。
スイスのローザンヌにあるスイス連邦工科大学 (EPFL) の実験チームは、ガラス内の自己組織化プロセスを理解しようとしていたときに、ガラス表面上に半導体テルルのナノ結晶相が形成されていることに遭遇し、それが可能性を探るというアイデアのきっかけとなりました。光伝導特性とそれに関連する集光デバイス。
研究者らは、日本の東京工業大学の同僚らが製造したテルライトガラスとフェムト秒レーザーを利用してガラスを改変し、その影響を分析することで発見した。
直径 1- cm の亜テルル酸ガラスの表面に単純な線のパターンをエッチングしたところ、このガラスが紫外および可視スペクトルで照射されたときに数か月間持続する電流を生成できることが判明しました。
では、フェムト秒レーザーはどのように機能するのでしょうか? それはフェムト秒レーザー加工の原理から始まります。
フェムト秒レーザー加工は、多光子の非線形吸収およびイオン化メカニズムに基づいた高度な加工技術です。 フェムト秒光パルスを物質の表面や透明物質の内部に照射すると、光パルスの持続時間は極めて短いため（フェムト秒レベル）、光パルスの作用する範囲は極めて小さくなります。光の強度が非常に高いです。 この場合、レーザーパルスのエネルギーは作用点の周りを移動する時間がないため、光パルスの作用または処理は非常に短時間で終了します。
この極めて短い作用時間により、従来の光子エネルギーの線形吸収ではなく、主に非線形吸収プロセスを通じてレーザーパルスのエネルギーが材料に吸収されるようになります。 非線形吸収により、レーザーパルスのエネルギーは熱の形で材料に蓄積されないため、発生する熱はほとんど無視できます。
発生する熱が非常に少ないため、加工対象の材料に熱による損傷がほとんどなく、これがフェムト秒レーザー加工の大きな利点です。 このタイプの処理では熱伝達の影響が回避され、より高い精度と結果が得られます。
それはまさに、フェムト秒レーザー加工が多光子吸収プロセスによって引き起こされる局所的なイオン化現象を引き起こし、その後の雪崩やトンネルイオン化などのカスケード現象によってさらに増幅されるためです。
簡単に言えば、材料の内部構造が破壊され、ある状態になると、最初は準安定だった（ガラス状または非ガラス状）相と比較して、より安定した組換え材料相の条件が作成されます。
テルル酸ガラスの場合、フェムト秒レーザーにさらされると構造が変化するため、テルル原子のクラスターからなるシードが形成され、最終的にはガラス相が破壊されて亜テルル酸ナノ結晶に成長します。
当初、この材料は電気を通さず、光子を収集することができませんが、フェムト秒レーザーで変換されると、その局所的な挙動は完全に異なります。
さらに驚くべきことは、この作品では製造にさまざまな材料を必要とせず、レーザーを使用して材料を局所的に変更するだけで、変更された領域が元の材料とは異なる動作をすることです。 レーザーの使用は低コストで簡単であるため、材料の表面上でレーザー ビームを走査するだけで、あらゆる種類/サイズの基板に拡張可能です。
この研究にはまだ深く理解する必要がある問題があり、デバイスの性能を向上させ、このコンセプトを実験から産業に応用するまでに通過するプロセスがまだ残っています。
大きな課題の 1 つは、光を吸収する改善された領域が肉眼では見えない領域であることを保証することです。これにより、窓の機能を維持しながら、人々がガラスを通して外をはっきりと見ることができ、ガラスの美観を保つことができます。嬉しいです。
ただし、現段階では、特定の波長またはスペクトル範囲の光の存在を検出して定量化するなどの作業を必要とする潜在的なフォトニクス用途の一部は、この恩恵を受けることができています。
