Windisch Márk: Hullámok láthatáron

Jön a nyár, a napsütés, irány a strand, a Balaton vagy éppen az egyik közeli tengerpart! Bármelyik vizes helyet is választjuk, a víz felszínén, a szél által fodrozódó hullámokkal mindegyik helyen találkozhatunk. Szelesebb időben a víz hullámainak partcsiszolását, szélcsendes időjárás esetén a víz halk felületi fodrozódását figyelhetjük meg. Az említett fizikai jelenség könnyen megérthető a mozgásban lévő levegő-víz részecskéinek kölcsönhatásával. A víz részecskéit apró homokszemekre cserélve a sivatagi homokdűnéken is láthatunk hasonló mintázatokat. Rugaszkodjunk el kicsit az említett jelenségtől. Mozgó atomok, molekulák nélkül is létre tudunk hozni szilárd anyagon hullámos felszínt? Többek között erre keressük a választ a lézeres anyagmegmunkálás során.

A kutatómunka részeként – a félvezetőiparból ismert – szilícium lapka felszínét lézerfénnyel világítottuk meg. A felületi besugárzást nem folytonos, hanem úgynevezett impulzuslézerrel végeztük, melynek során a másodperc néhány billiomod része alatt kibocsátott, de nagy energiájú impulzusokkal dolgoztunk.

A lézer-anyag kölcsönhatásnak köszönhetően hullámos felületeket, periodikus struktúrákat hoztunk létre a szilícium felületén.

Az így kialakított felszínt okostelefon vakujával különböző szögben megvilágítva a szivárvány színei jelennek meg. Az itt látott optikai jelenség ugyanaz, mint amit optika rács esetén figyelhetünk meg. Mikroszkóppal közelebbről szemügyre véve a szilárdtesten lévő hullámokat, megmérhetjük az egymás mellett lévő hullámhegyek közötti távolságokat. A mérések alapján a hullámhegyek átlagos távolsága 960 nanométer. Másképpen fogalmazva a struktúra hullámhossza nem egész 1 mikrométer. Felmerülhet a kérdés, mennyi volt az alkalmazott lézer hullámhossza? Csupán néhány 10 nanométerrel több a struktúra periodicitásánál.

Mit jelent ez számunkra? A lézer mint ujjlenyomat jelenik meg a szilárd anyag felszínén. Ujjlenyomat, melyet a lézer fotonok interferenciájával magyarázhatunk. A szabályos periodikus struktúrák keletkezésének fizikai folyamata mai napig több kérdést rejt magában. A kutatómunka egyik célja e jelenségkör megértése a kísérleti fizika módszerei segítségével. A besugárzott, hullámosított felszín felső rétegében a kezdeti atomi rendezettség megszűnik, rendezetlen, úgynevezett amorf fázis, bizonyos körülmények között másik kristályos fázis alakul ki. A végbemenő anyagszerkezet-változásnak köszönhetően a felület számos mechanikai és optikai tulajdonsága is megváltozik. Mik ezek a speciális mechanikai és optikai tulajdonságok, milyen további, az optikai rácstól eltérő, ipari felhasználásai lehetnek? A strukturált felületet például aranyréteggel bevonva olyan kis koncentrációjú szerves anyagok kimutatására alkalmas hordozó készíthető, mely számos spektroszkópia módszer érzékenységének növelésére szolgál.