کشف پدیدهای شگفتانگیز در نانولولههای کربنی
مرکز فوتونیک پیشرفته RIKEN ژاپن با کشفی شگفتانگیز، امکان تابش نوری با انرژی بیشتر از نور جذبشده توسط نانولولههای کربنی را اثبات کرد. این پدیده میتواند چشمانداز فناوریهای نوری، تصویربرداری زیستی و انرژیهای تجدیدپذیر را دگرگون کند.
به گزارش ساستینبلیتی تایمز، در پیشرفتی بزرگ در حوزه فوتونیک و نانوفناوری، پژوهشگران مرکز فوتونیک پیشرفته RIKEN ژاپن به رهبری یوئیچیرو کاتو موفق به مشاهده پدیدهای نادر و خلاف انتظار در نانولولههای کربنی شدند: تابش نوری با انرژی بالاتر از انرژی جذبشده، پدیدهای موسوم به تابش فوتولومینسانس بالابرنده (UCPL).
پدیدهای برخلاف قواعد رایج فیزیک نور
در اغلب مواد نوری، فوتونهای ورودی با انرژی بیشتر باعث برانگیختن الکترونها شده و بازتاب نور خروجی معمولاً انرژی کمتری دارد. اما آنچه که در این مطالعه مشاهده شده، وارونگی این روند طبیعی است. نانولولههای کربنی که ساختارهایی بسیار نازک و استوانهای از کربن خالصاند، هنگامی که در معرض نور مادونقرمز قرار میگیرند، فوتونهایی با انرژی بیشتر از نور ورودی ساطع میکنند.
تا پیش از این، دانشمندان گمان میکردند این پدیده تنها در نانولولههایی با نقصهای ساختاری و در حضور مراکز گیرانداز برانگیختگی (اکسیتون) رخ میدهد. اما نتایج تازه نشان داد حتی نانولولههای کاملاً بینقص نیز قادر به انجام این فرآیند هستند که نشاندهنده یک سازوکار ذاتی و بنیادی در این مواد است.
نقش اکسیتونهای تاریک و فونونها در تابش بالابرنده
این فرآیند از طریق سازوکار جالبی اتفاق میافتد: پس از برانگیختگی الکترونها با نور مادونقرمز و تشکیل اکسیتون، انرژی بیشتری از ارتعاشات کوانتومی شبکهای به نام فونون جذب میشود. این انرژی اضافه، باعث تشکیل اکسیتونهای موسوم به «اکسیتون تاریک» میگردد که در نهایت باعث تابش فوتونی با انرژی فراتر از نور جذبشده اولیه میشود.
از نکات مهم این کشف آن است که افزایش دمای محیط و شدت ارتعاشات فونونی، باعث تقویت اثر UCPL میشود، نکتهای که میتواند در طراحی کاربردهای صنعتی در محیطهای گرم اهمیت پیدا کند.
انقلابی در فناوری انرژی خورشیدی
یکی از کاربردهای مهم این پدیده، در افزایش بازدهی پنلهای خورشیدی نهفته است. امروزه بخش زیادی از نور مادونقرمز توسط پنلهای خورشیدی نادیده گرفته میشود. اما با استفاده از UCPL میتوان این نور کمانرژی را به نور مرئی قابل استفاده تبدیل کرد. این فرآیند میتواند منجر به تحولی بنیادین در بهرهبرداری از انرژی خورشیدی شود و نسل جدیدی از پنلهای با بازده بالا را به وجود آورد.
کاربردهای گسترده در تصویربرداری زیستی و علم مواد
کاربرد دیگر این پدیده، در تصویربرداری زیستی و پزشکی است. استفاده از نور مادونقرمز که نفوذ بیشتری در بافت دارد و ایمنی بیشتری برای بدن انسان دارد، همراه با تابش نور مرئی، میتواند ابزارهای پیشرفتهتری برای تشخیص غیرتهاجمی بیماریها ارائه دهد.
همچنین، امکان خنکسازی مواد با استفاده از لیزر و تابش UCPL، چشمانداز جدیدی در فناوری مواد و مدیریت حرارتی ایجاد کرده است.
گامی بلند بهسوی دستگاههای فوتونیکی بدون نقص
یکی از نتایج کلیدی این پژوهش آن است که دیگر نیازی به طراحی مواد با نقصهای ساختاری برای رسیدن به تابش بالابرنده نیست. این امر راه را برای طراحی دستگاههای فوتونیکی و اپتوالکترونیکی کارآمدتر، تمیزتر و بادوامتر هموار میسازد.
آغازی بر فصل جدیدی در علم فوتونیک
کشف تابش فوتونهای پرانرژی از نانولولههای کربنی بدون نقص ساختاری، مرزهای دانش در فیزیک نور، فناوری انرژی و تصویربرداری زیستی را جابهجا کرده است. این یافته نهتنها به چالش کشیدن اصول پذیرفتهشده در علم مواد را نشان میدهد، بلکه نویدبخش نوآوریهای متعدد در حوزههایی است که به بهرهگیری از نور و انرژی کوانتومی وابستهاند.
انتهای پیام/
