Naukowcy zidentyfikowali nową właściwość światła

Niezwykła właściwość światła, którą odkryli naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine (USA) i Uniwersytetu w Kazaniu, może otworzyć nowe możliwości w dziedzinie optoelektroniki i technologii fotonicznych. Wyniki badań, opublikowane w prestiżowym czasopiśmie "ACS Nano", pokazują, że fotony mogą zyskiwać znaczny pęd w krzemie, podobny do pędu elektronów w materiałach stałych, gdy są one ograniczone do przestrzeni w skali nanometrowej.

Chociaż zastosowanie krzemu w optoelektronice było dotychczas ograniczone ze względu na jego słabe właściwości optyczne, to nowe odkrycie sugeruje, że porowaty i nanostrukturalny krzem może wytwarzać wykrywalne światło po ekspozycji na światło widzialne. To przełomowe odkrycie może mieć ogromne znaczenie dla rozwoju technologii opartych na światłowodach, układach scalonych i urządzeniach optoelektronicznych.

W ramach eksperymentów naukowcy przygotowali w swoim laboratorium próbki szkła krzemowego o różnym stopniu przezroczystości - od amorficznego do krystalicznego. Następnie poddali warstwę silikonową o grubości 300 nanometrów działaniu silnie skupionej wiązki lasera. Okazało się, że w zależności od temperatury, jakiej poddano materiał, powstawały różne struktury.

W obszarach, gdzie temperatura nie przekraczała 500 stopni Celsjusza, zabieg spowodował powstanie jednorodnego szkła. Natomiast w miejscach, gdzie temperatura była wyższa, powstało heterogeniczne szkło półprzewodnikowe. Naukowcy określili tę strukturę jako "lekką folię piankową", która umożliwiła im obserwację zmian właściwości elektronicznych, optycznych i termicznych na poziomie nanometrowym.

Kluczowym odkryciem było stwierdzenie, że dopasowanie pędu elektronu i fotonu wzmocniło interakcję, którą wcześniej obserwowano jedynie w przypadku wysokoenergetycznych fotonów promieniowania gamma w klasycznym rozpraszaniu Comptona. To oznacza, że fotony w krzemie mogą zachowywać się podobnie do elektronów, co otwiera nowe możliwości w dziedzinie fotoniki i optoelektroniki.

Naukowcy podkreślają, że dalsze badania nad tą nową właściwością światła mogą prowadzić do przełomowych innowacji w wielu dziedzinach, od telekomunikacji po medycynę. Odkrycie to stanowi ważny krok w kierunku pełnego zrozumienia interakcji między światłem a materią na nanoskali, co może zaowocować przełomowymi zastosowaniami w przyszłości.