01
Gwida tat-Teżi
Il-ħġieġ tal-kwarz juri konfigurazzjonijiet strutturali varji taħt kundizzjonijiet ta 'temperatura u pressjoni li jvarjaw, akkumpanjati minn densifikazzjoni tal-volum permanenti, li taffettwa b'mod sinifikanti l-proprjetajiet ottiċi makroskopiċi tagħha bħall-indiċi refrattiv. Madankollu, il-mekkaniżmi fundamentali ta 'evoluzzjoni strutturali mikroskopika wara densifikazzjoni indotta minn kompressjoni fiżika ta'-temperatura u pressjoni għolja-għoli (HPHT) u eċitazzjoni fotoelettrika bil-miktub diretta bil-laser femtosecond (FLDW) għadhom ma ġewx spjegati għal kollox. Fehim aktar profond ta' dawn il-proċessi ta' ristrutturar tan-netwerk tal-ħġieġ mhux-ekwilibriju taħt kundizzjonijiet estremi huwa kruċjali għad-disinn u l-iżvilupp flessibbli ta' fibri ġodda multicore, quantum integrateds, u apparati ibridi optoelettroniċi avvanzati.
02
ħarsa ġenerali tat-test sħiħ
Dan l-istudju jqabbel sistematikament it-tranżizzjonijiet tal-fażi strutturali u r-risponsi ottiċi indotti minn trattament ta'-temperatura għolja-pressjoni għolja (HPHT), kitba diretta bil-laser femtosecond (FLDW), u l-proċessi kkombinati tagħhom fil-ħġieġ tal-kwarz. Is-sejbiet jiżvelaw li filwaqt li ż-żewġ metodi jiksbu żidiet lineari fl-indiċi rifrattiv u d-densifikazzjoni makroskopika, huma jvarjaw fundamentalment fil-mogħdijiet ta 'ristrutturar mikroskopiku. L-aktar distinzjoni kritika tinsab fil-fatt li l-istruttura tal-ħġieġ fir-reġjun irradjat tal-lejżer tevolvi għal stat ta 'temperatura virtwali għolja karatteristika (1600–2000 K) taħt effetti fototermali estremi, akkumpanjati mill-ġenerazzjoni ta' difetti mhux-bridging ossigen (NBO) relatati mill-qrib mal-edge{84} testrahedra. Dan iwassal għal imġiba ta' fotoluminixxenza (PL) li hija distintament differenti minn dik miksuba permezz ta' trattament fiżiku sempliċi bi pressjoni għolja-.
03
Analiżi tat-test u tal-immaġini
Il-Figura 1 turi l-karatterizzazzjoni tat-tolleranza tal-pressjoni għolja-ta' nanogratings tat-Tip II tal-femtosecond tal-ħġieġ tas-silika-indotti, inklużi mikrografi ottiċi ta 'trasmissjoni (A-F, M-P) u mikrografi ta' polarizzazzjoni (G{-L, Q{-T). Il-ħġieġ oriġinali, grupp ta 'kontroll ittemprat biss, u erba' livelli ta '673 K temperatura għolja u gradjenti ta' pressjoni għolja ta '1.4, 2.5, 3.7, u 4.9 GPa ġew imwaqqfa, u l-proċessi tqabblu f'żewġ gruppi: "laser l-ewwel, pressjoni għolja" u "pressjoni għolja l-ewwel, laser". L-enerġija tal-polz tal-lejżer ġiet iffissata għal 0.8 µ J. Is-sinjal tal-kulur tal-immaġni tal-polarizzazzjoni jirrappreżenta l-intensità tal-birefringence tal-forma tan-nanograting. Ir-riżultati juru li ttemprar sempliċi 673 K ma jagħmilx ħsara lill-ħakk, u l-istruttura u l-birefringence tan-nanograting jistgħu jinżammu b'mod stabbli meta l-pressjoni tkun Inqas minn jew ugwali għal 2.5 GPa. Wara li tilħaq 3.7 GPa, il-birefringence titnaqqas b'mod sinifikanti, u f'4.9 GPa, il-birefringence titnaqqas b'mod sinifikanti. L-għajbien sħiħ tal-birefringence jindika li huwa ogħla minn 3.7 GPa It-temperatura għolja u l-pressjoni għolja se kollass in-nano pori ġewwa l-ħakk, jeqirdu l-istruttura tal-modulazzjoni tad-densità perjodika, u l-bidla tad-dewmien tal-fażi tal-ħakk hija riversibbli taħt iż-żewġ sekwenzi tal-ipproċessar, u tikkonferma li n-nano gradilja għandha l-karatteristika ta 'rikostruzzjoni ta' pressjoni għolja li tista 'titħassar.
Il-Figura 2 turi l-ispettri tal-fotoluminixxenza tal-mikroskopija konfokali tal-ħġieġ tas-silika miksuba bl-użu ta 'żewġ tipi ta' dawl ta 'eċċitazzjoni, 325 nm u 532 nm, rispettivament. Id-differenzi fil-luminexxenza difett tqabblu fost ħames gruppi ta 'kampjuni: il-ħġieġ oriġinali, femtosecond bil-miktub dirett bil-lejżer biss (FLDW), temperatura għolja u pressjoni għolja biss (HPHT), pressjoni għolja qabel il-laser, u laser qabel pressjoni għolja; Il-kampjuni ttrattati FLDW wrew kemm quċċata ta 'emissjoni ħadra ta' 530 nm kif ukoll quċċata ta 'emissjoni ħamra ta' 650 nm. Id-dawl aħdar oriġina minn excitons maqbuda minnha nnifisha, filwaqt li d-dawl aħmar jikkorrispondi għal difetti iżolati tal-ossiġnu li ma jgħaqqdux. Madankollu, il-kampjuni kollha ttrattati b'HPHHT setgħu biss josservaw il-luminexxenza ħadra u l-għajbien sħiħ tal-quċċata tad-dawl aħmar, li jindika li hemm differenza fundamentali bejn it-tipi ta 'difetti indotti minn laser femtosecond u modifika ta' pressjoni għolja-. Trattament bi pressjoni għolja jippromwovi l-interazzjoni bejn l-ossiġnu li ma jgħaqqadx u n-netwerks tal-ħġieġ, u jelimina s-sinjal tad-dawl aħmar li jikkorrispondi għal ossiġnu li ma jgħaqqadx iżolat.
Il-Figura 3 tuża spettroskopija Raman konfokali biex tanalizza l-istruttura tan-netwerk mikro ta 'temperatura għolja u pressjoni għolja (HPHT), kitba diretta bil-lejżer femtosecond (FLDW), u ħġieġ tas-silika modifikat proċess kompost. Figura A turi l-ispettri Raman kompluti ta 'erba' gruppi ta 'kampjuni: ħġieġ oriġinali, laser biss, 4.9 GPa pressjoni għolja, u 4.9 GPa pressjoni għolja wara laser. Il-quċċata ewlenija tal-vibrazzjoni tal-liwi taċ-ċirku eżagonali Si-O- f'440 ċm ⁻¹ hija l-oġġett tal-analiżi tal-qalba; Figura B turi l-kurva tal-varjazzjoni tal-pożizzjoni tal-quċċata ewlenija Raman tal-kampjun HPHT bi pressjoni. Il-quċċata ewlenija tiċċaqlaq lejn numri ta' mewġ ogħla u jonqos fil-wisa' tal-frekwenza bi pressjoni dejjem tiżdied, li tikkorrispondi għal tnaqqis fl-angolu tal-bond Si-O{-Si u distribuzzjoni tal-angolu tal-bond aktar uniformi. L-assi vertikali tal-lemin huwa kalibrat b'mod sinkroniku mat-temperatura virtwali korrispondenti; Figura C tqabbel l-ogħla bidla prinċipali u t-temperatura virtwali ekwivalenti tal-ħġieġ ippressat minn qabel oriġinali, 3.7 GPa, u 4.9 GPa wara irradjazzjoni bil-lejżer f'enerġiji differenti. L-irradjazzjoni bil-lejżer tikkawża li l-istrutturi kollha tal-kampjuni jikkonverġu b'mod asintotiku għal temperatura virtwali uniformi ta' 1600-2000 K. Il-bidla ewlenija ewlenija tal-ħġieġ ippressat minn qabel baxx tissatura b'enerġija tal-laser, filwaqt li l-quċċata ewlenija ta '4.9 GPa ħġieġ ta' densità għolja -jiċċaqlaq lejn numri aktar baxxi tal-mewġ tal-lejżer, u tirregola n-netwerk tal-lejżer, tirregola l-pressjoni għolja. Dan jirrifletti b'mod intuwittiv il-liġijiet ta 'regolamentazzjoni differenzjali tal-mogħdijiet ta' modifika HPHT u FLDW fuq l-angolu tal-bond tal-ossiġnu tas-silikon u temperatura virtwali ekwivalenti.
04
sommarju
Dan l-artikolu jiżvela b'mod sistematiku x-xebh u d-differenzi bejn il-kompressjoni fiżika ta'-pressjoni għolja u l-kitba diretta bil-lejżer femtosecond fil-ħġieġ tal-kwarz densifikat. Għalkemm it-tnejn jistgħu jiksbu densifikazzjoni permanenti u titjib fl-indiċi refrattiv, fil-livell mikroskopiku, il-laser ultraveloċi indott minn eċċitazzjoni elettromanjetika unikament imexxi n-netwerk tal-ħġieġ biex jevolvi lejn stat ta 'temperatura virtwali għolja, u lokalment jinduċi difetti kristallografiċi mikroskopiċi uniċi bħal ksur tal-bonds, NBO, u tetrahedra tat-tarf komuni, li huma nieqes b'mod riġidu fil-proċess ta' pressjoni għolja. deformazzjoni. Din l-iskoperta mhux biss tiċċara l-konfini tad-deformazzjoni topoloġika f'netwerks amorfi taħt metodi ta 'injezzjoni ta' enerġija differenti, iżda tipprovdi wkoll bażi teoretika solida għat-tfassil ta 'apparati fotoniċi ġodda u komponenti ta' komunikazzjoni ottika permezz ta 'personalizzazzjoni tal-istruttura lokali fil-futur.
