Home » Știință » A fost găsită o nouă proprietate a luminii

A fost găsită o nouă proprietate a luminii

Publicat: 10.05.2024

Echipa de cercetare condusă de chimiști de la Univeristatea California, Irvine (SUA) a descoperit recent o modalitate anterior necunoscută în care lumina interacționează cu materia; această nouă proprietate a luminii ar putea duce la îmbunătățirea sistemelor de energie solară, a diodelor electroluminiscente, a laserelor semiconductoare și la alte progrese tehnologice.

Într-un studiu publicat în jurnalul ACS Nano, oamenii de știință, alături de colegii lor de la Universitatea Federală din Kazan, Rusia, explică cum au descoperit că fotonii pot obține un impuls substanțial, similar cu cel al electronilor în materiale solide, atunci când sunt închiși în spații de dimensiuni nanometrice în siliciu.

„Siliciul este al doilea cel mai abundent element de pe Pământ și formează scheletul electronicii moderne. Cu toate acestea, fiind un semiconductor indirect, utilizarea sa în optoelectronică a fost împiedicată de proprietățile sale optice slabe”, a declarat Dmitry Fishman, profesor asociat de chimie la UC Irvine și autor al studiului.

Cum a fost descoperită o nouă proprietate a luminii?

El a spus că deși siliciul nu emite natural lumină în forma sa compactă, siliciul poros și nanostructurat poate produce lumină detectabilă după ce a fost expus la radiația vizibilă. Oamenii de știință au conștientizat acest fenomen în urmă cu mai multe decenii, dar originea precisă a iluminării a fost subiect de dezbateri, scrie Phys.org.

„În 1923, Arthur Compton a descoperit că fotonii gamma posedau un impuls suficient pentru a interacționa puternic cu electronii liberi sau legați. Acest lucru a ajutat la demonstrarea faptului că lumina avea atât proprietăți de undă, cât și de particulă, o descoperire care l-a făcut pe Compton să primească Premiul Nobel pentru fizică în 1927”, a spus Fishman.

„În experimentele noastre, am arătat că impulsul luminii vizibile închisă în cristale de siliciu la scară nanometrică produce o interacțiune optică similară în semiconductori”, a continuat profesorul.

Un salt înapoi în timp

Pentru a înțelege cum a ajuns să fie descoperită această nouă proprietate a luminii este necesar un salt înapoi în timp până la începutul secolului al XX-lea. În 1928, fizicianul indian C.V. Raman, care a primit Premiul Nobel pentru fizică în 1930, a încercat să repete experimentul lui Compton cu lumina vizibilă. Cu toate acestea, a întâmpinat un obstacol formidabil în disparitatea semnificativă dintre impulsul electronilor și cel al fotonilor vizibili.

Totuși, investigațiile lui Raman privind dispersia inelastică în lichide și gaze au condus la revelația a ceea ce este acum recunoscut drept efectul vibrațional Raman, iar spectroscopia, o metodă crucială de studiu spectroscopic al materiei, a devenit cunoscută sub numele de dispersia Raman.

„Descoperirea noastră a impulsului fotonului în siliciul dezordonat i se datorează unei forme de dispersie electronică Raman. Dar spre deosebire de dispersia vibrațională  Raman convențională, dispersia electronică Raman implică stări inițiale și finale diferite pentru electron, un fenomen observat anterior doar la metale”, a spus coautorul Eric Potma, profesor de chimie la UC Irvine.

La ce ne va folosi această nouă proprietate a luminii?

Pentru experimentele lor, cercetătorii au produs în laboratorul lor eșantioane de sticlă de siliciu care variau în claritate de la amorf la cristal. Au supus un film de siliciu cu o grosime de 300 de nanometri unui fascicul de lumină laser continuu și focalizat, care a fost scanat pentru a scrie un șir de linii drepte.

În zonele în care temperatura nu a depășit 500 de grade Celsius, procedura a dus la formarea unei sticle omogene și legate transversal. În zonele în care temperatura a depășit 500 de grade Celsius, s-a format o sticlă semiconductoare eterogenă. Acest „film cu spumă de lumină” le-a permis cercetătorilor să observe modul în care proprietățile electronice, optice și termice variază la scara nanometrică.

„Această lucrare pune la încercare înțelegerea interacțiunii dintre lumină și materie, subliniind rolul critic al impulsurilor fotonului”, a spus Fishman.

„În sistemele dezordonate, potrivirea impulsului electron-foton amplifică interacțiunea, un aspect anterior asociat doar cu fotoni de înaltă energie, gamma, în dispersia clasică Compton. În cele din urmă, cercetarea noastră deschide calea pentru a lărgi spectroscopiile optice convenționale dincolo de aplicațiile lor tipice în analiza chimică, cum ar fi spectroscopia vibrațională Raman tradițională, în domeniul studiilor structurale, informație care ar trebui să fie strâns legată de impulsul fotonului”, adaugă cercetătorul.

„Această nouă proprietate a luminii va deschide fără îndoială un nou domeniu de aplicații în optoelectronică. Fenomenul va crește eficiența dispozitivelor de conversie a energiei solare și a materialelor electroluminiscente, inclusiv a materialelor care anterior erau considerate nepotrivite pentru emisii de lumină”, încheie Potma.

Vă recomandăm să citiți și:

Materialul care elimină 96% dintre particulele de virus cu care intră în contact

Un dispozitiv montat direct în sutien ar putea detecta cancerul de sân

Un nou record mondial pentru „Soarele Artificial” al Coreei de Sud!

Cel mai puternic laser din lume se află în România și atinge „un nivel excepțional de performanță”

Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș
Ștefan Trepăduș este blogger începând cu anul 2009, având experiență și în domeniile publicitate și jurnalism. Este pasionat de marketing și de tehnologie, dar cel mai mult îi place să știe lucruri, motiv pentru care a fost atras de Descopera.ro. citește mai mult
Urmărește DESCOPERĂ.ro pe
Google News și Google Showcase
Cele mai noi articole
Oamenii de știință au calculat când vor muri ultimele plante de pe Pământ
Oamenii de știință au calculat când vor muri ultimele plante de pe Pământ
Imperiul Roman nu ar fi existat fără sclavi. Cum milioane de oameni lipsiți de libertate au construit cea mai mare putere a Antichității
Imperiul Roman nu ar fi existat fără sclavi. Cum milioane de oameni lipsiți de libertate au construit cea mai mare putere ...
Cele mai frumoase stații de metrou și noduri de transport urban din lume
Cele mai frumoase stații de metrou și noduri de transport urban din lume
Cercetătorii au aflat cum celulele cancerului de colon își schimbă identitatea pentru a se răspândi
Cercetătorii au aflat cum celulele cancerului de colon își schimbă identitatea pentru a se răspândi
Manualele de biologie s-au înșelat: Oamenii de știință au descoperit cum crește, de fapt, părul uman
Manualele de biologie s-au înșelat: Oamenii de știință au descoperit cum crește, de fapt, părul uman
Nu timpul petrecut în jocuri video îi afectează pe tineri! Ce au descoperit acum oamenii de știință?
Nu timpul petrecut în jocuri video îi afectează pe tineri! Ce au descoperit acum oamenii de știință?
Test de cultură generală. Care este cel mai mic lucru din Univers?
Test de cultură generală. Care este cel mai mic lucru din Univers?
2026, anul care a schimbat deja lumea. Evenimentele care au marcat primele șase luni
2026, anul care a schimbat deja lumea. Evenimentele care au marcat primele șase luni
Cele mai inspirate cadouri pentru copiii de 7 ani: jocuri, cărți și activități care stimulează creativitatea
Cele mai inspirate cadouri pentru copiii de 7 ani: jocuri, cărți și activități care stimulează creativitatea
Schimbările climatice, o provocare majoră pentru muzeele din Marea Britanie
Schimbările climatice, o provocare majoră pentru muzeele din Marea Britanie
Ce țări străbate cel mai lung și mai adânc tunel feroviar din lume?
Ce țări străbate cel mai lung și mai adânc tunel feroviar din lume?
Uniunea de la Kalmar, momentul în care s-au unificat regatele nordice
Uniunea de la Kalmar, momentul în care s-au unificat regatele nordice
Donald Trump vrea ca Groenlanda „să fie controlată de Statele Unite, nu de Danemarca”
Donald Trump vrea ca Groenlanda „să fie controlată de Statele Unite, nu de Danemarca”
Ce afirmații false a făcut Donald Trump la întâlnirea cu Recep Tayyip Erdogan la summitul NATO de la Ankara
Ce afirmații false a făcut Donald Trump la întâlnirea cu Recep Tayyip Erdogan la summitul NATO de la Ankara
O companie din Japonia colaborează cu SpaceX și lansează „autobuze” către Lună
O companie din Japonia colaborează cu SpaceX și lansează „autobuze” către Lună
A fost lansată Coaliția Internațională pentru Drepturile și Protecția Copiilor în Era Inteligenței Artificiale
A fost lansată Coaliția Internațională pentru Drepturile și Protecția Copiilor în Era Inteligenței Artificiale
De ce unele branduri de lux distrug produse nevândute în loc să le vândă la reducere
De ce unele branduri de lux distrug produse nevândute în loc să le vândă la reducere
Iarna în care olandezii au mâncat bulbi de lalea. Foametea care a schimbat pentru totdeauna înțelegerea bolii celiace
Iarna în care olandezii au mâncat bulbi de lalea. Foametea care a schimbat pentru totdeauna înțelegerea bolii celiace