Récemment, par hasard, une équipe de scientifiques de l'École polytechnique fédérale de Lausanne, en Suisse, et de l'Institut de technologie de Tokyo, au Japon, a utilisé des impulsions laser ultrarapides provenant d'un laser femtoseconde pour irradier des atomes dans du verre de tellurite et a découvert la mention d'un phénomène surprenant. secrète.
Les atomes de verre tellurite irradiés par le laser femtoseconde se sont réorganisés, permettant aux scientifiques de découvrir un moyen de transformer le verre tellurite en matériaux semi-conducteurs. Pourquoi cette découverte est-elle étonnante ? La raison principale est que lorsque les matériaux semi-conducteurs sont exposés à la lumière du soleil, ils génèrent de l'électricité, ce qui signifie qu'à l'avenir, il sera possible de transformer les fenêtres de la vie quotidienne des gens en dispositifs de collecte et de détection de la lumière à un seul matériau, qui recèlent sans aucun doute un grand potentiel.
L'équipe expérimentale de l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL), en Suisse, est tombée sur la formation de phases nanocristallines de tellure semi-conductrices sur des surfaces de verre alors qu'elle tentait de comprendre les processus d'auto-organisation dans le verre, ce qui a déclenché l'idée d'explorer de possibles propriétés photoconductrices et dispositifs de collecte de lumière qui leur sont associés.
Les chercheurs ont fait cette découverte en modifiant le verre et en analysant les effets à l'aide de verre tellurite produit par des collègues de l'Institut de technologie de Tokyo au Japon et d'un laser femtoseconde.
Après avoir gravé un simple motif de lignes sur la surface d'un verre tellurite de 1- cm de diamètre, il a été découvert que le verre était capable de générer des courants électriques qui duraient des mois lorsqu'il était irradié dans les spectres ultraviolet et visible.
Alors, comment un laser femtoseconde fait-il ? Cela commence par le principe du traitement laser femtoseconde.
Le traitement laser femtoseconde est une technologie de traitement avancée basée sur un mécanisme d'absorption et d'ionisation non linéaire multiphotonique. Lorsqu'une impulsion lumineuse femtoseconde est appliquée à la surface d'un matériau ou à l'intérieur d'un matériau transparent, la zone d'action de l'impulsion lumineuse est extrêmement petite en raison de la durée extrêmement courte de l'impulsion lumineuse (niveau femtoseconde), tandis que la l'intensité lumineuse est extrêmement élevée. Dans ce cas, l'énergie de l'impulsion laser n'a pas le temps de se déplacer autour du point d'action, de sorte que l'action ou le traitement de l'impulsion lumineuse se termine dans un laps de temps très court.
Ce temps d'action extrêmement court permet à l'énergie de l'impulsion laser d'être absorbée par le matériau principalement via un processus d'absorption non linéaire, au lieu de l'absorption linéaire conventionnelle de l'énergie photonique. En raison de l’absorption non linéaire, l’énergie de l’impulsion laser n’est pas accumulée par le matériau sous forme de chaleur et la chaleur générée est donc presque négligeable.
Comme très peu de chaleur est générée, le matériau traité ne subit pratiquement aucun dommage thermique, ce qui constitue un avantage majeur du traitement au laser femtoseconde. Ce type de traitement évite l’effet de transfert de chaleur, ce qui entraîne une précision et des résultats bien supérieurs.
C’est précisément parce que le traitement laser femtoseconde déclenche un phénomène d’ionisation localisé déclenché par le processus d’absorption multiphotonique, qui est encore amplifié par des événements en cascade ultérieurs tels qu’une ionisation par avalanche et/ou tunnel.
En termes simples, lorsque la structure interne d'un matériau est perturbée et qu'il se trouve dans un état, les conditions ont été créées pour des phases de matériaux recombinants qui sont plus stables que leurs homologues initialement substables (vitreuses ou non vitreuses).
Dans le cas du verre de tellurite, à mesure que sa structure change lors de l'exposition à un laser femtoseconde, des graines constituées d'amas d'atomes de tellure se forment et finissent par se transformer en nanocristaux de tellurite à mesure que la phase vitreuse se décompose.
Initialement, le matériau n'est pas conducteur de l'électricité et est incapable de capter les photons, mais une fois transformé avec un laser femtoseconde, son comportement local est complètement différent.
Ce qui est également étonnant, c'est que ce travail ne nécessite pas la fabrication d'une variété de matériaux, mais utilise simplement le laser pour modifier localement le matériau afin que la région modifiée se comporte différemment du matériau d'origine. Le faible coût et la simplicité d’utilisation d’un laser le rendent adaptable à tout type/taille de substrat, simplement en balayant le faisceau laser sur la surface du matériau.
Il y a encore des problèmes avec la recherche qui doivent être compris en profondeur, et il reste encore un processus à suivre pour améliorer les performances de l'appareil et faire passer le concept de l'expérimentation à l'atterrissage industriel.
L'un des grands défis est de garantir que les zones améliorées qui absorbent la lumière soient également des zones invisibles à l'œil nu afin que la fenêtre puisse conserver sa fonctionnalité tout en permettant aux personnes de voir clairement à travers le verre vers l'extérieur, en préservant l'esthétique du verre. plaisant.
Cependant, à ce stade, certaines applications potentielles de la photonique nécessitant des travaux tels que la détection et la quantification de la présence de lumière à des longueurs d’onde ou des plages spectrales spécifiques ont pu en bénéficier.
