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聚合物准晶中的光为激光和传感器的设计带来新的可能
材料来源:光电汇OESHOW          

ITMO大学的科学家们开展了一系列的实验来研究聚合物准晶,最终证实了他们一开始的设想。在不久的将来,采用准晶也许可以为设计新的激光器和传感器开辟了一扇新的大门。

晶体是一种周期性排列的固体结构,即当原子发生位移的时候,他们会取代其他原子的位置,后者是前者的转移。这一事实在科学上已经在20世纪的初期就被证实了。这一理论导致了现代固体物理的诞生,也同时帮助建立了半导体技术的发展。

ITMO大学的助理教授Mikhail Rybin

Mikhail Rybin说:“这些物品的设计得益于我们理解了半导体材料的晶体结构的本质。周期结构的理论使得我们可以得出这样的结论,要使物质产生光,电子或者声音,只有两种办法。一种办法就是波长在晶体中的向前传播,或者它快速的在一种称之为带间隙的波长处消散。几乎不存在其他的选择和它非常容易的简化了当实施工程任务的时候粒子传统的规律。”

对于激光或一些传感器的运行来说,波长必须多次穿透器件工作区域以促使它同活性物质元素之间的相互作用的有效性,Mikhail Rybin表示,这对创造这一“陷阱”来说是至关重要的,因为要保持在一个非常小的区域是非常困难的。这对现代物理来说是非常重要的技术上的挑战。

比较理想的,整个材料将会在“陷阱”的角色发生,这是因为更多的光被捕获,波长同活性介质之间的相互作用就会更加有效。然而,在是晶体的情形下,就几乎不可能了。

文章中所展示的光“陷阱”的示意图

在一个样品中,粒子会以一定的方式排列,而在另外一些样品中,就会完全不一样。Mikhail Rybin解释到,这里同时存在第三种办法,可以使用材料的一种中间态,此时粒子并不形成周期性的晶格,正如在晶体中所发生的一样,但在同时具有数学意义上的严格排序。这些结构称之为准晶,1980被发现后开始被物理学家们开始进行研究。

物理和工程系的博士生Artem Sinelnik说:“在我们的研究部门内,有一套三维的纳米级别的打印装置,这一打印装置的体素(打印设备的最小的打印体积单元)大约为一个微米的一半,这一数量级是人体头发丝的百分之一还要小。在这一设备的帮助下,我们打印制造出在三维空间具有复杂材料分布特征的准晶结构。”

Artem Sinelnik 在具有纳米打印精度的实验设备前

在打印制造出准晶之后,科学家们采用电子显微镜分析了材料的表面质量,用光学测量来证实样品的内部容积确实具有准晶的结构。

该项工作的合作者Artem Sinelnik说:“一个短的脉冲输送给准晶,然后来测量一个称之为余晖的量。正如所预期的一样,光的确在于我们的样品中存在延迟,即波可以在内部保留一段较长的时间。于是,我们可以证实这一三维的聚合物准晶的确有能力来捕获光。”

Mikhail Rybin和Artem Sinelnik

该项研究显示了聚合物准晶的主要的光学性质,这一聚合物准晶是通过三维纳米打印来制备的,具有局域化光的能力,在将来将会获得应用。


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