据中国激光杂志社网，于2024年03月01日报道，近日，在机缘巧合下，来自瑞士瑞士洛桑联邦理工学院和日本东京工业大学的科学家团队利用飞秒激光的超快激光脉冲照射碲玻璃中的原子，发现了提个惊人的秘密。

        受到飞秒激光照射后的亚碲酸盐玻璃原子进行重组，让科学家发现了一种将亚碲酸盐玻璃变成半导体材料的方法。为何说这项发现惊人呢？最主要的原因在于当半导体材料暴露在阳光下时，会产生电能，这意味着未来有可能将人们日常生活中的窗户改造成单一材料的光收集和传感设备，无疑蕴含着巨大的潜力。

        来自瑞士瑞士洛桑联邦理工学院的实验团队在了解玻璃中的自组织过程时，偶然发现了玻璃表面形成半导体碲纳米晶相，从而引发其探索可能存在的光电导特性和与之相关的光能收集设备等想法。

        研究人员通过借助日本东京工业大学同事生产的亚碲酸盐玻璃和飞秒激光器对玻璃进行改性并分析其效果，从而获得了这一发现。

        将亚碲酸盐玻璃转变为透明的光能收集器

        在直径1cm的亚碲酸盐玻璃表面蚀刻出简单的线条图案后，从而发现了这种玻璃在紫外线和可见光谱的照射下能够产生电流，而且持续时间长达数月之久。

        那么飞秒激光怎么做到的呢？这要从飞秒激光加工原理说起。

        飞秒激光加工是一种基于多光子非线性吸收和电离机制的先进加工技术。当飞秒光脉冲作用于材料的表面或透明材料的内部时，由于光脉冲的持续时间极短（飞秒级别），光脉冲的作用区域极小，同时光强度极高。在这种情况下，激光脉冲的能量来不及向作用点周围传递，因此光脉冲的作用过程或加工过程在极短的时间内结束。

        这种极短的作用时间使得激光脉冲的能量主要通过非线性吸收过程被材料吸收，而不是传统的光子能量线性吸收。由于非线性吸收的特点，激光脉冲的能量不会被材料以热的形式积累，因此产生的热量几乎可以忽略不计。

        由于热量产生极少，被加工的材料几乎没有热损伤，这是飞秒激光加工的一大优势。这种加工方式避免了热传导效应，使得加工精度和效果大大提高。

        正是由于飞秒激光加工会引发由多光子吸收过程引发的局部电离现象，并通过随后的级联事件（如雪崩和／或隧道电离）进一步放大。

        简单来说，当材料的内部结构被破坏，并处于一种状态时，就已经为重组材料相创造了条件，这些材料相比其最初的亚稳态（玻璃态或非玻璃态）对应物更稳定。

        而对于亚碲酸盐玻璃来说，随着其结构的改变，在暴露于飞秒激光时，由碲原子簇组成的种子形成，并最终随着玻璃相分解而生长成亚碲酸盐纳米晶体。

        最初的材料不导电，也无法收集光子，但一旦用飞秒激光进行转化，它的局部行为就会完全不同。

        另外最惊人的一点是这项工作并不需要多种材料进行制造，单纯用激光局部改变材料，让改变区域的行为与原始材料不同。成本低且操作简易，使用激光便可使其可以扩展到任何类型／尺寸的基材，只需在材料表面扫描激光束即可。

       目前该研究仍存在需要深入了解的问题，如何提高设备性能，并将这一概念从实验转化为工业落地仍然要经历一个过程。

        其中一个巨大的挑战就是，如何确保吸收光线的改良区也是肉眼看不到的区域，这样窗户就能保持其功能，同时让人们能清楚地透过玻璃看到外面，保持玻璃美观。

        但现阶段一些潜在的光子学应用需要检测和量化特定波长或光谱范围内光的存在等工作，已经能够从中受益。