Hvordan man forvandler lys til atomare vibrationer

Ark-lignende materialer kan have spændende egenskaber, der kunne gavne enheder fra fleksibel elektronik til solceller. Forskere tror, ​​at de kan tilpasse egenskaberne af disse materialer ved at bruge lysimpulser til hurtigt at skifte materialer fra en tilstand til en anden. For eksempel, lysimpulser kunne forvandle en elektrisk isolator til en leder. Men evnen til at gøre dette afhænger af, hvor effektivt lysets energi overføres til materialets atomkerner. Nu, forskere har vist, for første gang, at omdannelsen af ​​lys til atomare vibrationer i tynde plader af molybdændiselenid er meget hurtig og effektiv. Faktisk, konverteringen er næsten 100 procent effektiv og sker på en billionion af et sekund.

Undersøgelsen indikerer en potentiel tilgang til at kontrollere visse film med lasere. Forskere er interesserede i disse film, fordi materialerne kan være ekstremt stærke og ledende. Kontrol af sådanne film kan hjælpe næste generations applikationer. For eksempel, det kunne gavne fleksibel elektronik, datalagringsenheder, solceller, lysemitterende dioder, og kemiske katalysatorer.

Lys kunne fremkalde ønskelige strukturelle ændringer i tynde materialer. Disse materialer kan have applikationer lige fra datalagringsenheder til kemiske katalysatorer. Udfordringen er virkelig at forstå den atomare bevægelse i realtid og gittertemperaturen. Forskere har manglet de rigtige eksperimentelle teknikker. Ved hjælp af ultrahurtig elektrondiffraktion, forskere undersøgte direkte omdannelsen af ​​lysenergi til vibrationer af det overordnede atomgitter i en model to-lags halvleder, molybdændiselenid. Holdet fandt ud af, at når der blev skabt en høj ladningsbærertæthed, energien overføres effektivt til gitteret inden for en billiontedel af et sekund. Computersimuleringer, specifikt, første-principper nonadiabatiske kvantemolekylære dynamiksimuleringer, reproducerede omdannelsen af ​​lysenergi til gittervibrationer.

Simuleringerne antydede endvidere, at en blødgøring af vibrationerne i den lysinducerede exciterede tilstand er en forløber for den effektive og hurtige energioverførsel. At vide, hvordan filmens atomgitter reagerer på lasere, har konsekvenser for, en dag, bruge lys til at styre de elektriske strømme i enheder.