激光脉冲可以显著改变材料特性,并突破材料属性瓶颈!

科技 9个月前 社科兔
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激光脉冲可以显著改变材料特性,并突破材料属性瓶颈!一束强激光照亮低温室中的的材料,该激光被用于改变材料的透明度。

  新浪科技讯 北京时间2月18日消息,据国外媒体报道,人们可以想象一下,窗户可以很容易地变成一面镜子,或者成为不依靠电子而是依靠光运行的超高速计算机,这些仅是光学工程中可能出现的潜在应用,利用激光快速和暂时改变材料性质的实践操作。

  近期在《自然》杂志发表的一项最新研究报告中,物理学家成功地使用激光显著改变材料的特性,整个过程不产生任何多余的破坏性热量。

  在实验中所需的激光较强,因此容易出现加热和损坏材料的情况,一方面希望该材料接收强激光照射,另一方面不希望该材料吸收任何光。目前,研究小组找到了一个“最佳点”来解决这个难题,在这个“最佳点”上,激光的频率进行微调,从而显著改变了材料性质,而不会产生任何多余热量。

  同时,科学家表示,他们找到了一种理想的材料来演示该方法,这种材料是一种叫做三硫化锰的半导体材料,在较宽的红外频率范围内,三硫化锰能自然地吸收少量光。在这项最新实验中,研究人员使用较强的红外激光脉冲,每个脉冲持续大约10-13秒,能快速改变材料内部电子能量。最终,这种材料从高度不透明状态变成某种颜色的高度透明状态。

  研究人员强调,实验证明该过程是可逆的,当激光关闭时,材料会立即恢复至原始状态,且完好无损。如果该材料吸收了激光并加热,这种情况是不可能发生的,因为三硫化锰材料需要很长时间进行散热,实验中使用的无热操作被称为“相干光学工程”。

  该方法之所以有效,是因为光改变了半导体中电子能级(也叫做电子带隙)之间的差异,而不是将电子踢到不同能级,这正是之前操作产生热量的原因所在。这就像你拥有一艘船,然后一个大浪袭来,船剧烈地上下摇晃,而没有导致任何乘客摔倒,在实验中,激光剧烈地震动材料的能级,这改变了材料的性质,但电子属性仍保持不变。

  这些发现意味着其他研究人员现在有可能利用光来人工制造材料,例如:奇异的量子磁铁,这些材料本来很难或者甚至不可能自然地制造出来。从原则上讲,该方法可以改变材料的光学、磁性和许多其他性质,这是研究材料科学家的另一种方式,可以仅使用一种材料,并最终赋予它广泛的有用属性,而不是制造新材料来实现不同性能。(叶倾城)

版权声明:社科兔 发表于 2022年3月16日 am4:06。
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