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물리학 자들은 얇은 금 박막이 빛과 상호 작용한 후에 전자 박막의 전자 특성을 결정하는 방법을 개발했다. 연구팀은 네이처 커뮤니케이션스 (Nature Communications, 'Determination of hot carrier energy distributions from inversion of ultrafast pump-probe reflectivity measurements')에 전자와 빛의 상호 작용을 지배하는 기본 법칙을 이해하는 새로운 방법을 발표했다. 놀랍게도, 지금까지 빛을 비추고 나서 재료가 정확히 어떻게 되는지를 결정하는 아주 제한된 방법이 있었다. 연구팀의 발견은 광 센서 및 광전지와 같은 장치의 개선을 위한 길을 열 것이다. 태양 전지 패널부터 카메라 및 휴대폰에 이르기까지 우리의 눈으로 빛의 광자와 원자 및 전자의 상호 작용은 어디에서나 볼 수 있다. 광학 현상은 우리가 당연한 것으로 여기는 근본적인 과정이지만, 빛이 재료와 어떻게 상호 작용하는지 완전히 이해하지 못했다. 이러한 상호 작용의 세부 사항을 이해하기 위한 한 가지 문제점은 매우 복잡하다. 광자의 에너지가 광 흡수 물질의 전자에 전달되면 광자는 파괴되고 전자는 한 레벨에서 다른 레벨로 여기된다. 그러나 많은 광자, 원자, 전자가 관련되어 있으며, 그 과정이 너무 빨리 이루어지기 때문에 실험실에서의 과정 모델링이 계산적으로 어렵다. 물리학자들은 비교적 단순한 재료 시스템 (초박형 금층)으로 시작하여 실험을 실시했다. 실험을 위해, 금 나노 층은 특정한 각도로 배치되었다. 그 다음, 빛은 두 개의 순차적인 펄스로 금에 비춰졌다. 이 레이저 광 펄스는 시간이 매우 짧고 1 초보다 수 천억 배 짧은 시간이었다. 첫 번째 펄스는 금에 흡수되었고, 두 번째 펄스는 흡수 결과를 측정하여 전자가 어떻게 표면에서 여기 상태로 바뀌었는지 보여준다. 일반적으로 금은 녹색 주파수에서 빛을 흡수하여 스펙트럼의 다른 모든 색상을 반사하여 금속을 노란색으로 표시된다. 그러나 나노 층의 형태로, 금은 스펙트럼의 적외선 부분에서 더 긴 파장의 빛을 흡수할 수 있다. 특정 자극 각도에서, 다른 주파수가 아닌 다른 물리적 과정인 전자 전이를 유도할 수 있었다. 시간이 지남에 따라 프로세스의 진화를 추적할 수 있었고 이러한 전환이 왜 그리고 어떻게 발생하는지 입증할 수 있었다. 이 방법을 사용하면 재료에 의한 빛 흡수의 기본이 되는 상호 작용을 더 잘 이해할 수 있어 이러한 상호 작용을 조정하고 관리할 수 있을 것이다. 예를 들어, 광전지 태양 에너지 전지는 부딪히는 빛의 일부만을 흡수할 수 있다. 바이오 제약에 사용되는 광학 센서와 화학에 사용되는 광 촉매는 새로운 방법으로 잠재적으로 개선될 수 있는 장치의 다른 예이다. 개념 증명을 하는 동안, 연구팀은 다른 재료의 범위를 실험하면서 금으로 이 방법의 사용을 계속 개발할 계획이다. 궁극적으로 연구팀은 이 방법이 많은 유용한 물질에 적용될 수 있는 광범위한 방법이라는 것을 보여주고 싶어 한다. |
