|
از زمانی که خاصیت نشر نور سیلیکون حفره‌ای در سال ۱۹۹۰ کشف
شد، دانشمندان درباره منشأ این لومینسانس نوری از
نانوساختارهای سیلیکونی بحث کرده‌اند. حال مانوس هین از
دانشگاه لانکستر انگلیس همراه با همکارانش از سراسر اروپا
نتیجه گرفته‌اند که بیشتر نور نشر شده از نانوساختارهای
سیلیکونی از نواقص موجود در ساختار نانوبلوری آن نشأت می‌گیرد؛
این نتیجه با مطالعات قبلی که این نشر نور را به اثرات
محدودکنندگی کوانتومی نسبت می‌دادند، در تضاد است.
بنابرگفته هین، درک مکانیسم بنیادی نشر نور برای دانشمندانی که
تلاش می‌کنند ابزارهای نورافشان موثرتری از سیلیکون بسازند،
ضروری است. شکاف باندی غیرمستقیم سیلیکون توده‌ای نشان می‌دهد
که این ماده نباید نوری از خود ساطع کند، اما در نانوساختارهای
سیلیکونی مختلفی لومینسانس نوری موثری دیده شده است.
هین در مصاحبه با optics.org بیان داشت: «لومینسانس مشاهده شده
حتی در نانوبلورهای سیلیکونی در مقایسه با نانوساختارهای ساخته
شده از مثلاً نیمه‌هادی‌های مرکب زیاد قوی نیست. اگر می‌خواهیم
بهره نشر نور را افزایش دهیم باید بدانیم که این نور از کجا
ساطع می‌شود».
اما در شرایط عادی نور منتشر شده از نواقص بلوری بسیار شبیه به
نور ساطع شده ناشی از اثرات محدودکنندگی کوانتومی است و این
امر تشخیص بین آنها را مشکل می‌سازد. راه حلی که توسط هین و
همکارانش برای حل این مشکل مورد استفاده قرار گرفت،
اندازه‌گیری لومینسانس نوری در یک میدان مغناطیسی قوی بود.
هین توضیح می‌دهد: «هر میدان مغناطیسی یک مقیاس طولی بنیادی
دارد که طول مغناطیسی نامیده می‌شود و متناسب با ریشه دوم
میدان اعمال شده کاهش می‌یابد. زمانی که یک میدان مغناطیسی
اعمال می‌شود، این میدان تابع موجی را که مسئول لومینسانس است،
فشرده کرده و انرژی را افزایش می‌دهد؛ میزان این فشردگی به
اندازه نسبی تابع موجی و طول مغناطیسی بستگی دارد».
نوری که از یک منطقه بسیار کوچک همانند یک نقص بلوری منتشر
می‌شود، تحت تأثیر میدان خارجی قرار نمی‌گیرد، در حالی که
لومینسانس نوری ناشی از حالت محدودیت کوانتومی (که اندازه‌ای
مشابه یک نانوبلور دارد) به انرژی کمی بالاتر منتقل می‌شود. با
این حال چون اندازه نانوبلورها بسیار کوچک است، یک میدان
مغناطیسی بسیار قوی لازم است تا بتوان این تغییرات جزئی را در
طیف لومینسانس نوری مشاهده کرد.
هین و همکارانش از یک میدان مغناطیسی پالسی تا شدت ۵۰ تسلا
استفاده کردند. وی می‌گوید: «حتی در میدان مغناطیسی به شدت ۵۰
تسلا انتظار می‌رود میزان جابه‌جایی لومینسانس محدودیت
کوانتومی حدود ۵/۰ درصد عرض کل لومینسانس در نصف حداکثر شدت آن
باشد». نشر نوری نسبتاً ضعیف از نانوبلورها باعث شد تا این
محققان از یک شناساگر بسیار حساس CCD استفاده نمایند؛ همچنین
برای افزایش دقت باید نشر پس‌زمینه ناشی از الیاف نوری مورد
استفاده در این آزمایش حذف شوند.
|
