SciTechDaily

ניקולס

"בעבר רק תיאורטי" – חוקרים מדגימים דרך חדשה "לסחוט" אור אינפרא אדום

חוקרים הוכיחו כי סוג מסוים של ממברנות תחמוצת יכול להגביל אור אינפרא אדום בצורה יעילה הרבה יותר מאשר גבישים בתפזורת, שיש לו השלכות מבטיחות על טכנולוגיות הדמיה אינפרא אדום מהדור הבא. ממברנות סרט דק אלו שומרות על תדר האינפרא אדום הרצוי תוך דחיסה של אורכי גל, מה שמאפשר רזולוציית תמונה גדולה יותר. באמצעות חומרי מעבר מתכת פרוסקיט וספקטרוסקופיה מתקדמת של סינכרוטרון קרוב לשדה, החוקרים הראו שקוטבי פונון בממברנות אלו יכולים להגביל אור אינפרא אדום ל-10% בלבד מאורך הגל שלו. פריצת דרך זו עשויה להוביל ליישומים חדשים בפוטוניקה, חיישנים וניהול תרמי, עם קלות פוטנציאלית של שילוב בהתקנים שונים. קרדיט: Yin Liu, אוניברסיטת NC State

מחקר חדש מגלה שממברנות תחמוצת יכולות להגביל אור אינפרא אדום במידה רבה יותר משיטות מסורתיות, מה שמבטיח התקדמות ברזולוציית הדמיה ויישומים בפוטוניקה וניהול תרמי.

חוקרים הראו בהצלחה שסוג מסוים של ממברנות תחמוצת יכול ביעילות להגביל, או "לסחוט", אור אינפרא אדום. פריצת דרך זו עשויה לשפר את טכנולוגיות הדמיה אינפרא אדום עתידיות. ממברנות סרט דק אלה עולות על גבישים בתפזורת מסורתיים באור אינפרא אדום.

"קרומי הסרט הדק שומרים על תדר האינפרא אדום הרצוי, אך דוחסים את אורכי הגל, ומאפשרים למכשירי הדמיה ללכוד תמונות ברזולוציה גבוהה יותר", אומר יין ליו, מחבר משותף של מאמר על העבודה ועוזר פרופסור למדעי החומרים. הנדסה ב אוניברסיטת צפון קרולינה סטייט.

"הוכחנו שאנחנו יכולים להגביל אור אינפרא אדום ל-10% מאורך הגל שלו תוך שמירה על התדר שלו – כלומר משך הזמן שלוקח למחזור הגל זהה, אבל המרחק בין פסגות הגל הוא הרבה יותר קרובים זה לזה. טכניקות גבישים בתפזורת מגבילות את האור האינפרא אדום לכ-97% מאורך הגל שלו".

פריצות דרך ניסיוניות בטכנולוגיית סרטי דק

"התנהגות זו הייתה בעבר רק תיאורטית, אבל הצלחנו להדגים אותה בניסוי בפעם הראשונה הן דרך הדרך בה הכנו את ממברנות הסרט הדק והן באמצעות השימוש החדש שלנו בספקטרוסקופיה של שדה קרוב של סינכרוטרון", אומר Ruijuan Xu, מוביל שותף מחבר המאמר ועוזר פרופסור למדעי החומרים והנדסה במדינת NC.

עבור עבודה זו, החוקרים עבדו עם חומרי פרוסקיט מתכת מעבר. באופן ספציפי, החוקרים השתמשו בתצהיר לייזר פועם כדי לגדל קרום גבישי בעובי של 100 ננומטר של סטרונציום טיטנאט (SrTiO3) בתא ואקום. המבנה הגבישי של הסרט הדק הזה הוא איכותי, כלומר יש בו מעט מאוד פגמים. סרטים דקים אלו הוסרו לאחר מכן מהמצע שעליו גדלו והונחו על משטח תחמוצת הסיליקון של מצע סיליקון.

החוקרים השתמשו אז בטכנולוגיה במקור האור המתקדם של המעבדה הלאומית של לורנס ברקלי כדי לבצע ספקטרוסקופיה של סינכרוטרון קרוב לשדה על הסרט הדק סטרונציום טיטנאט כאשר הוא נחשף לאור אינפרא אדום. זה אפשר לחוקרים ללכוד את האינטראקציה של החומר עם אור אינפרא אדום ננומטרי.

הבנת העברת אנרגיה: פונונים, פוטונים ופולריטונים

כדי להבין מה למדו החוקרים, עלינו לדבר על פונונים, פוטונים ופולריטונים. פונונים ופוטונים הם שתי הדרכים שבהן אנרגיה עוברת דרך ובין חומרים. פונונים הם בעצם גלי האנרגיה הנגרמים מהאופן שבו אטומים רוטטים. פוטונים הם בעצם גלי האנרגיה האלקטרומגנטית. אתה יכול לחשוב על פונונים כיחידות של אנרגיית קול, בעוד שפוטונים הם יחידות של אנרגיית אור. קוטבי פונון הם כמעט חלקיקים המתרחשים כאשר אינפרא אדום פוטון הוא בשילוב עם פונון "אופטי" – כלומר פונון שיכול לפלוט או לספוג אור.

"מאמרים תיאורטיים הציעו את הרעיון שממברנות תחמוצת פרוסקיט מתכת מעבר יאפשרו לקוטבי פונון להגביל אור אינפרא אדום", אומר ליו. "והעבודה שלנו מוכיחה כעת שקוטבי הפונונים אכן מגבילים את הפוטונים, וגם מונעים מהפוטונים להתרחב מעבר לפני השטח של החומר.

"עבודה זו מקימה סוג חדש של חומרים אופטיים לשליטה באור באורכי גל אינפרא אדום, שיש לו יישומים פוטנציאליים בפוטוניקה, חיישנים וניהול תרמי", אומר ליו. "תאר לעצמך את היכולת לעצב שבבי מחשב שיוכלו להשתמש בחומרים האלה כדי לשפוך חום על ידי המרתו לאור אינפרא אדום."

"העבודה מרגשת גם מכיוון שהטכניקה שהדגמנו ליצירת חומרים אלה פירושה שניתן לשלב את הסרטים הדקים בקלות עם מגוון רחב של מצעים," אומר שו. "זה אמור להקל על שילוב החומרים בסוגים רבים ושונים של מכשירים."

המחקר נעשה בתמיכת משרד האנרגיה האמריקאי, המשרד למדעי האנרגיה הבסיסיים, החטיבה למדעי החומרים והנדסה, תחת חוזה מס. DE-AC02-76SF00515; ועל ידי הקרן הלאומית למדע תחת מענק מספר 2340751.

ניקולס