Zamislite prozore koji se prema želji pretvaraju u ogledala ili trenutno postaju neprozirna, prema želji... Ovo su samo neke od potencijalnih primjena koje bi mogle proizaći iz optičkog inženjerstva, prakse korištenja lasera za brzu i privremenu promjenu svojstava materijala.

"Slatka točka"

"Ovi bi vam alati mogli omogućiti transformaciju elektroničkih svojstava materijala jednim pritiskom prekidača", objašnjava David Hsieh, profesor fizike i voditelj vlastitog laboratorija na Caltechu.

Ovakve tehnologije obično su ograničene laserima koji stvaraju previše topline u materijalima. No, u novoj studiji, objavljenoj u časopisu Nature, istraživači s Caltecha izvijestili su o uspjehu u korištenju lasera koji mogu preoblikovati svojstava materijala bez proizvodnje viška štetne topline.

Laseri potrebni za ovakve eksperimente vrlo su snažni pa je teško izbjeći zagrijavanje i oštećivanje materijala. Istraživači su uspjeli zaobići taj problem; pronašli su "slatku točku", frekvenciju lasera kojom se mijenjaju svojstva materijala bez neželjene topline.

Usput su pronašli i idealan materijal za demonstriranje ove metode: poluvodič nazvan mangan-fosfor trisulfid koji prirodno apsorbira samo malu količinu svjetlosti u širokom rasponu infracrvenih frekvencija. 

Reverzibilan proces

Intenzivnim infracrvenim laserskim impulsima u trajanju od 10 do 13 sekundi istraživači su u laboratoriju mijenjali energiju elektrona unutar materijala koji bi iz neprozirnog prelazio u prozirno stanje za određene boje svjetlosti. Proces je reverzibilan pa kad se laser isključi materijal se neoštećen vraća u prvobitno stanje.  

To ne bi bilo moguće da je materijal apsorbirao lasersko svjetlo i zagrijao se jer bi materijalu trebalo dosta vremena da rasprši toplinu. Manipulacija bez topline, korištena u novom procesu, poznata je kao "koherentno optičko inženjerstvo".

Metoda funkcionira jer svjetlost mijenja razlike između energetskih razina elektrona u poluvodiču, a da same elektrone pritom ne prebacuje u različite energetske razine i tako stvara toplinu.

"Laser snažno ljulja energetske razine materijala i to mijenja svojstva materijala, ali elektroni ostaju na mjestu; kao da čamac naiđe na veliki val i snažno se zaljulja, ali svi putnici ostanu na svojim mjestima", objašnjava Hsieh. 

Umjetno stvaranje materijala

Nalazi istraživača s Caltecha omogućit će korištenje svjetlosti za umjetno stvaranje materijala, poput egzotičnih kvantnih magneta, koje bi inače bilo teško ili čak nemoguće stvoriti prirodnim putem.

A činjenica da se ovom metodom mogu promijeniti optička, magnetska i mnoga druga svojstva materijala znači da se umjesto izrade novih materijala za postizanje različitih svojstava, jednom materijalu može dati širok raspon različitih korisnih svojstava.