الثلاثاء، 5 يونيو 2018

يبتكر الفيزيائيون طريقة للكشف عن مدى تأثير الضوء على المواد

من Free Scripts
طور علماء الفيزياء طريقة لتحديد الخصائص الإلكترونية للأغشية الرقيقة الذهبية بعد تفاعلها مع الضوء. نشرت Nature Communications الأسلوب الجديد ، الذي يضيف إلى فهم القوانين الأساسية التي تحكم تفاعل الإلكترونات والضوء.

يقول هايك هاروتيونيان ، الأستاذ المساعد في الفيزياء في جامعة إيموري والمؤلف الرئيسي للبحوث: "من المدهش ، حتى الآن ، أن هناك طرق محدودة للغاية لتحديد ما يحدث بالضبط مع المواد بعد أن نسلط الضوء عليها". "اكتشافنا قد يمهد الطريق لإدخال تحسينات على الأجهزة مثل المستشعرات الضوئية والخلايا الكهروضوئية."

من الألواح الشمسية إلى الكاميرات والهواتف المحمولة - لرؤية بأعيننا - تفاعل فوتونات الضوء مع الذرات والإلكترونات موجود في كل مكان. يقول هاروتيونيان: "إن الظاهرة البصرية هي عملية أساسية نعتبرها أمراً مفروغاً منه ، ومع ذلك لا نفهم تماماً كيف يتفاعل الضوء مع المواد".

أحد العوائق التي تحول دون فهم تفاصيل هذه التفاعلات هو مدى تعقيدها. عندما يتم نقل طاقة الفوتون الفاتح إلى إلكترون في مادة ممتصة للضوء ، يتم إتلاف الفوتون ويتم تحريك الإلكترون من مستوى إلى آخر. لكن الكثير من الفوتونات والذرات والإلكترونات متورطة - وهذه العملية تحدث بسرعة - أن النمذجة المختبرية للعملية هي تحدي حاسوبي.

بالنسبة لورقة Nature Communications ، بدأ الفيزيائيون بنظام مادي بسيط نسبيًا - طبقات ذهبية رقيقة جدًا - وأجروا تجارب عليه.

يقول هاروتيونيان: "لم نستخدم القوة الحاسوبية الغاشمة". "لقد بدأنا بالبيانات التجريبية وطورنا نموذجًا تحليليًا ونظريًا سمح لنا باستخدام القلم والورقة لفك شفرة البيانات".

قام هاروتيونيان ومانوج مانجاري ، وهو زميل ما بعد الدكتوراه في مختبره ، بتصميم التجارب وإجرائها. ستيفن جراي ، غاري فيدريشت و تال هيبرن - من مختبر أرغون الوطني - جاءوا بالأدوات الرياضية اللازمة. كما عمل الفيزيائيون في أرجون على النموذج النظري ، إلى جانب ألكسندر غوفوروف من جامعة أوهايو.

بالنسبة للتجارب ، تم وضع مقاييس نانوية الذهب عند زوايا معينة. ثم أضاء الضوء على الذهب في اثنين ، نبضات متتالية. يقول هاروتيونيان: "كانت نبضات ضوء الليزر هذه قصيرة جدًا - آلاف المليارات من المرات أقل من الثانية". "تم امتصاص النبض الأول بالذهب. وقياس النبض الثاني للضوء نتائج هذا الامتصاص ، مبينًا كيف تغيرت الإلكترونات من الأرض إلى الحالة المثارة."

عادة ، يمتص الذهب الضوء على الترددات الخضراء ، مما يعكس جميع الألوان الأخرى للطيف ، مما يجعل المعدن يبدو أصفر. ومع ذلك ، يمكن أن يمتص الذهب في شكل طبقات نانوية الضوء عند أطوال موجات أطول ، في الجزء تحت الأحمر من الطيف.

يقول هاروتيونيان: "في زاوية إثارة معينة ، كنا قادرين على تحفيز التحولات الإلكترونية التي لم تكن مجرد تردد مختلف بل عملية فيزيائية مختلفة". "لقد تمكنا من تتبع تطور هذه العملية بمرور الوقت وإظهار سبب وكيفية حدوث هذه التحولات."

قد يؤدي استخدام الطريقة لفهم التفاعلات الكامنة وراء امتصاص الضوء بواسطة مادة بشكل أفضل إلى طرق لضبط هذه التفاعلات وإدارتها.

فعلى سبيل المثال ، لا تستطيع خلايا الطاقة الشمسية الكهروضوئية ، على سبيل المثال ، سوى امتصاص نسبة صغيرة من الضوء الذي يضربها. تعد المستشعرات الضوئية المستخدمة في الطب الحيوي ومحفزات الصور المستخدمة في الكيمياء أمثلة أخرى للأجهزة التي يمكن تحسينها بالطريقة الجديدة.

في حين أن ورقة Nature Communications تقدم إثباتًا للمفهوم ، يخطط الباحثون لمواصلة تحسين استخدام هذا الأسلوب مع الذهب ، في حين يتم أيضًا تجربة مجموعة من المواد الأخرى.

يقول هاروتيونيان: "في النهاية ، نريد أن نبرهن على أن هذه طريقة واسعة يمكن تطبيقها على العديد من المواد المفيدة".

0 التعليقات:

إرسال تعليق