Может ли свет менять прочность?⁠⁠

Речь сейчас пойдет не про известное многим световое старение полимеров, а про интересный эффект, который возникает при освещении поверхности обычным светом. Этот эффект ярче всего проявляет себя относительно полупроводников, но заставляет задуматься о физическом устройстве света и о специфике его взаимодействия с материей.

Полупроводниковые материалы играют незаменимую роль в нашем современном информационном обществе. Это специфический тип материалов. Напомним упрощенно, что они в одном случае являются проводниками, а в другом не являются.

Оказалось, у этой группы материалов есть и другое интеерснейшее свойство! Благодаря проведению экспериментов выяснилось, что оптическая среда влияет на структурную прочность полупроводниковых материалов. Иными словами, полупроводники могут менять механические свойства при воздействии разного типа освещения! Или, если упростить ещё больше, становиться более прочными или мягкими при разном освещении!

Для исследования невообразимого ранее явления ученые разработали метод количественного изучения влияния света на механические свойства тонких полупроводниковых пластин или любых других кристаллических пластин в наномасштабе. Они назвали это методом «фотоиндентирования».

Крошечный заостренный зонд оставляет вмятины на материале, когда он освещается светом в контролируемых условиях, и можно измерить глубину и скорость, с которой зонд оставил вмятины на поверхности. Было установлено, что материал становится прочнее при его освещении.

Подобное явление относится только к полупроводникам! Но не исключено, что более тщательное изучение вопроса позволит обнаружить влияние эффекта и в других классах материалов.

Упрочняющий эффект, который электронно-дырочные пары, освобождаемые световым освещением, оказывают на прочность материала за счет подавления распространения дислокаций, особенно вблизи поверхности является частью смены парадигмы в науке о прочности материалов. Напомним, что дислокационная теория прочности является одной из основных.

Сами дислокации, если упростить объяснение, представляют собой линейные группы частиц. До настоящего времени считалось, что их перемещениям мешает только микроструктура и различные дефекты. Ну а само перемещение и является причиной разрушения материалов. Теперь оказалось, что помимо стандартных факторов, даже свет может оказывать на всё это влияние.

Обычно, рассматривая прочность материала, атомное расположение было наименьшей единицей. Другими словами, существовала предпосылка о том, что прочность материала можно понять из атомной структуры и теории упругости. Однако недавние исследования показали, что прочностные характеристики материалов значительно меняются из-за внешних воздействий, таких как свет и электрическое поле. Поэтому, как отмечает профессор Накамура, «становится все более и более общепризнанным, что к теории прочности материала должны быть добавлены другие точки зрения, которые включают движение электронов и дырок, которые меньше атомов».

👉 Друзья, если вам нравятся мои статьи, то поддержите пожалуйста проект подпиской на мой Telegram. Там регулярно выходят эксклюзивные и очень интересные заметки по теме.

🔹 Ещё я веду ДЗЕН, где постоянно выходят статьи и ролики.