Experiment inedit: Albert Einstein, sculptat doar cu ajutorul luminii pe un cristal

Cercetătorii de la Centrul de Cercetare pentru Tehnologii Emergente XPANCEO (Dubai), alături de laureatul Premiului Nobel prof. Konstantin Novoselov (Universitatea din Manchester, Marea Britanie și Universitatea Națională din Singapore), au descoperit un comportament optic neobișnuit în trisulfura de arsenic, un semiconductor cristalin.

Descoperirile lor arată că acest material poate fi modificat permanent de lumină și chiar modelat la scară nanometrică folosind lumină simplă în undă continuă (CW).

• Șocul de la coliziunea dintre două găuri negre ar putea fi resimțit pe Pământ
• O descoperire în formă de gogoașă a spulberat o regulă matematică veche de 150 de ani

Această abordare evită necesitatea fabricării costisitoare în camere curate sau a sistemelor laser avansate cu femtosecunde. Un concept cheie din spatele acestei descoperiri este indicele de refracție, care descrie cât de mult curbează sau încetinește un material lumina.

În anumite materiale, lumina poate schimba această proprietate. Acest efect, cunoscut sub numele de fotorefractivitate, apare atunci când expunerea la lumină modifică indicele de refracție.

În acest cristalin, acest răspuns are loc chiar și sub lumină ultravioletă de intensitate scăzută. Studiul raportează o schimbare excepțional de mare a indicelui de refracție, care depășește valorile observate de obicei în materialele fotorefractive binecunoscute.

Un comportament optic neobișnuit

Materialele care răspund puternic la lumină în acest mod sunt extrem de utile deoarece permit ca funcțiile optice să fie scrise direct în material. În loc să se bazeze pe mai multe etape mecanice sau de fabricație, lumina însăși poate defini modul în care un dispozitiv gestionează și direcționează lumina, scrie ScienceDaily.

Această capacitate este importantă pentru multe tehnologii de zi cu zi. Susține crearea unor structuri minuscule care ghidează semnalele în sistemele de telecomunicații, permite componente optice compacte utilizate în senzori și dispozitive de imagistică și permite formarea unor elemente de tip hologramă utilizate în autentificarea și securitatea produselor.

În cristalin, efectul este deosebit de puternic la scări foarte mici. Schimbarea mare a indicelui de refracție permite formarea unor modele extrem de fine care rămân integrate în materialul transparent. Aceste modele acționează ca identificatori optici unici, greu de replicat, făcându-le utile pentru aplicații anti-contrafacere și trasabilitate.

Pentru a demonstra această precizie, cercetătorii au folosit un laser standard pentru a crea un portret microscopic monocrom al lui Albert Einstein pe o bucată subțire de material, cu puncte distanțate la doar 700 nanometri.

Tehnologii de generație următoare

Experimentele ulterioare au arătat că tehnica poate atinge o rezoluție și mai fină. Modelele rezultate prezintă un contrast optic puternic datorită modificărilor indicelui de refracție induse de lumină, fiind ușor de detectat prin metode optice.

Dincolo de creare de modele, acest cristalin se schimbă și fizic atunci când este expus la lumină. Materialul se poate extinde cu până la 5%, permițând cercetătorilor să formeze direct structuri optice, cum ar fi microlentile și rețele de difracție, pe suprafața sa.

Aceste capacități sunt importante pentru construirea ghidurilor de undă cu câmp vizual larg utilizate în ochelarii de realitate augmentată și lentilele de contact inteligente.

Reactivitatea materialului îl face, de asemenea, promițător pentru utilizarea în circuite fotonice și senzori la scară nanometrică. Împreună, aceste proprietăți reprezintă un pas semnificativ înainte în controlul și manipularea luminii pentru tehnologiile de generație următoare.

Vă mai recomandăm să citiți și:

Oamenii de știință au spart cristale antice de sare pentru a dezvălui secretele aerului vechi de 1,4 miliarde de ani

Oamenii de știință au creat un cristal care „respiră” oxigen

Cristalul bizar în care electronii nu se pot mișca

Cercetătorii de la MIT au reușit „să prindă” electroni în cristal 3D