Onderzoekslaboratoria ontwikkelen voortdurend nieuwe materialen waarvan wordt verwacht dat ze nieuwe eigenschappen vertonen die een revolutie teweeg zullen brengen in deze of gene technologie. Maar het is niet genoeg om deze materialen simpelweg te maken; wetenschappers moeten ook efficiënte methoden vinden om ze te verwerken en te verfijnen. Bovendien, composieten worden vaak gemaakt via de toevoeging van nanodeeltjes in een basismatrix, daarom is het nodig om een ​​manier te vinden om de locatie te manipuleren, maat, en concentratiesnelheid van deze deeltjes die zelfs de kleinste afwijkingen zou uitsluiten die onzichtbaar zijn voor het menselijk oog.

Onderzoekers van de ITMO University hebben de techniek van lokale verwerking van composieten op basis van nanoporeus glas verbeterd met toevoeging van zilver en koper. Nutsvoorzieningen, het is mogelijk om met hoge nauwkeurigheid de optische eigenschappen van een plasmonische component tijdens de behandeling ervan te voorspellen. Dit onderzoek is gepubliceerd in Nanomaterialen .

Voor millennia, de mensheid moest zich aanpassen aan de materialen die ze tot haar beschikking had:metalen, hout, steen, mineralen, enz. Vandaag, mensen hebben geleerd om de materialen die ze hebben aan te passen aan hun eigen behoeften, het maken van composietmaterialen uit verschillende componenten. Deze materialen hebben nieuwe eigenschappen en bieden nieuwe mogelijkheden. Ze hebben een groot potentieel voor gebruik in optische apparaten zoals lasers, lidars, sensoren, lenzen, golf gidsen, en andere apparaten die lichtsignalen verwerken. Vooral, onderzoekers hebben grote verwachtingen van glas versterkt met metalen nanodeeltjes.

"Dergelijke materialen kunnen worden gebruikt als optische filters, " legt Pavel Varlamov uit, een research engineer bij de faculteit Laser Photonics and Optoelectronics. "Wit Licht, zoals we weten, bestaat uit een groot aantal golflengten en het kan zijn dat u bijvoorbeeld, markeren of uitsluiten van een bepaalde spectrumband, zoals blauw of geel. Daar zijn optische filters voor, en ze kunnen worden gebruikt in lasers, refractoren, lenzen, of golfgeleiders."

Afhankelijk van de metaalionen die aan glas worden toegevoegd, de resulterende composiet kan worden gebruikt om verschillende delen van het spectrum te manipuleren. Bijvoorbeeld, als je nanodeeltjes van zilver en koper aan glas zou toevoegen, het zou straling in de blauwgroene band absorberen. Maar door zilveren en koperen nanodeeltjes toe te voegen aan gewoon glas, zoals het soort dat wordt gebruikt om ramen of keukengerei te maken, zou een complex en duur proces zijn met talrijke chemische reacties. Daarom gebruiken wetenschappers hiervoor bij voorkeur speciaal nanoporeus glas.

Zodra nanodeeltjes in de poriën zijn "gepast", het materiaal wordt gewijzigd met laserstraling om het te verbeteren met nieuwe optische eigenschappen die het mogelijk maken, bijvoorbeeld, om het lichtspectrum nauwkeurig te regelen door lichtstralen van een specifieke band door te laten of te absorberen.

Maar er is een probleem:tijdens de behandeling die bedoeld is om de componenten van een nieuw materiaal te "verlijmen", metalen nanodeeltjes veranderen van vorm en zelfs van chemische samenstelling. Gedurende het hele proces, materiaal verandert de manier waarop het interageert met laserstraling; eigenlijk, het begint straling beter te absorberen binnen een specifieke band van het spectrum. Dit stelt een aantal uitdagingen voor het behandelproces. Een laser kan niet eenvoudig op bepaalde waarden worden afgestemd en vervolgens worden gebruikt om het materiaal van begin tot eind te behandelen; het moet continu worden aangepast aan de veranderingen die zich binnen het materiaal voordoen.

"De methode die we hebben voorgesteld, maakt het mogelijk om volumineuze microschaalelementen te creëren met een plasmonische resonantiepiek die in realtime kan worden gecontroleerd, " zegt Roman Zakoldaev, een onderzoeker aan de faculteit Laser Photonics and Optoelectronics. "De methode heeft tot doel de parameters van laserverandering via feedback te optimaliseren."

Om de prestaties van de laser tijdens de behandeling aan te passen, wetenschappers moeten onmiddellijk complexe berekeningen uitvoeren van wijzigingen die al hebben plaatsgevonden en de wijzigingen die zouden moeten worden aangebracht in de instellingen van de laser. Daarom, ze hebben een flexibel fysisch-wiskundig model nodig; een dergelijk model is de basis geworden van een algoritme dat is ontworpen om de verwerking van deze materialen te beheren.

De onderzoekers van ITMO University hebben een wiskundig model voorgesteld dat rekening zou houden met de sterkte van de straling en de veranderingen die het veroorzaakt in het materiaal. Hierdoor kunnen de onderzoekers materialen produceren met de exacte optische eigenschappen die aanvankelijk in berekeningen werden meegenomen.

"We waren in staat om een ​​berekeningsalgoritme voor te stellen dat de elektronische structuur presenteert, maat, en concentratie van nanodeeltjes met de optische eigenschappen van materiaal als één effectieve omgeving (?), "zegt Maksim Sergeev. "Door het algoritme te gebruiken in combinatie met een model van door diffusie gecontroleerde groei van deeltjes, hebben we de optische veranderingen in laserbehandeling in realtime kunnen volgen."

De voorgestelde methode zou het creëren van unieke optische plasmonische componenten goedkoop en gemakkelijk te hanteren maken, nieuwe mogelijkheden bieden voor hun integratie in de industriële productie.