Các nhà vật lý ở Áo và Israel cho biết họ đã phát triển một “chất hấp thụ phản laser” hay “chất hấp thụ hoàn hảo kết hợp”, có thể cho phép bất kỳ vật liệu nào hấp thụ toàn bộ ánh sáng từ nhiều góc độ khác nhau. Thiết bị này, dựa trên một bộ gương và thấu kính, bẫy ánh sáng tới bên trong một hộp và buộc nó lưu thông sao cho nó chạm vào môi trường hấp thụ nhiều lần cho đến khi được hấp thụ hoàn toàn. Điều này có tiềm năng cải thiện các kỹ thuật thu hoạch ánh sáng, cung cấp năng lượng, kiểm soát ánh sáng và hình ảnh khác nhau.
Sự hấp thụ ánh sáng rất quan trọng trong nhiều quá trình tự nhiên, từ thị giác đến quang hợp, cũng như trong các ứng dụng vật lý và kỹ thuật như tấm pin mặt trời và bộ tách sóng quang. Các kỹ thuật tăng cường khả năng hấp thụ ánh sáng nhằm nâng cao hiệu quả và độ nhạy của công nghệ dựa trên ánh sáng đang được săn đón nhiều, nhưng điều này có thể là một thách thức.
Stefan Rotter, một nhà vật lý lý thuyết tại TU Viên, giải thích rằng rất dễ bẫy và hấp thụ ánh sáng bằng một vật rắn cồng kềnh, chẳng hạn như một chiếc áo len dày màu đen. Nhưng hầu hết các ứng dụng kỹ thuật đều sử dụng các lớp vật liệu mỏng. Trong khi những vật liệu mỏng này hấp thụ một phần ánh sáng, phần lớn ánh sáng sẽ xuyên qua.
Một lý do khiến cú và các động vật sống về đêm khác có tầm nhìn ban đêm tốt như vậy là vì chúng có một lớp mô phản chiếu, được gọi là tapetum lucidum, phía sau võng mạc. Bất kỳ ánh sáng nào đi qua võng mạc mỏng mà không bị hấp thụ sẽ bị bật trở lại và có cơ hội được bắt lại lần thứ hai. Để cải thiện hệ thống như vậy hơn nữa, bạn có thể thêm một bề mặt phản chiếu khác phía trước võng mạc. Ánh sáng sau đó sẽ phản xạ qua lại giữa hai tấm gương, đi qua bề mặt hấp thụ ánh sáng nhiều lần. Nhưng nó không hoàn toàn đơn giản như vậy.
Để một thiết bị như vậy hoạt động, gương trước không thể phản chiếu hoàn hảo. Nó cần phải trong suốt một phần để ánh sáng có thể đi vào hệ thống ngay từ đầu. Nhưng khi ánh sáng dội lại giữa hai tấm gương, một phần ánh sáng sẽ bị mất đi qua tấm gương trong suốt một phần. Khi các nhà nghiên cứu cố gắng tái tạo những cơ cấu như vậy, họ phát hiện ra rằng chúng chỉ hoạt động với những kiểu ánh sáng cụ thể. Trong khi một số chế độ ánh sáng nhất định bị mắc kẹt, liên tục chạm vào bề mặt hấp thụ, thì ánh sáng khác, chẳng hạn như đi vào thiết bị ở góc tới khác hoặc có bước sóng khác, sẽ thoát ra.
Bây giờ Rotter và các đồng nghiệp của ông, cũng đến từ Đại học Hebrew của Jerusalem, đã chứng minh rằng có thể tạo ra bẫy ánh sáng hiệu quả hơn nhiều nếu hai thấu kính được đặt ở giữa hai gương.
Các thấu kính được thiết kế để dẫn ánh sáng sao cho nó luôn chiếu vào cùng một điểm trên gương. Hiệu ứng giao thoa mà điều này tạo ra sẽ ngăn ánh sáng thoát ra qua gương trước trong suốt một phần. Thay vào đó, nó bị mắc kẹt trong hệ thống.
Rotter giải thích: “Trong thực tế, thiết kế của chúng tôi bẫy ánh sáng tới bên trong một khoang và buộc nó lưu thông trong khoang, đập đi đập lại vào mẫu hấp thụ yếu cho đến khi nó được hấp thụ hoàn toàn và tất cả các phản xạ đều bị loại bỏ một cách triệt để”. Thế giới vật lý. Ông mô tả hệ thống này hoạt động giống như một tia laser đảo ngược. “Thay vì yêu cầu môi trường khuếch đại laser chuyển đổi năng lượng điện thành bức xạ ánh sáng kết hợp, 'laser đảo ngược thời gian' của chúng tôi hấp thụ ánh sáng kết hợp và chuyển nó thành năng lượng nhiệt – và có thể trong tương lai gần thành năng lượng điện.”
Gương trước trong cơ cấu thử nghiệm của các nhà nghiên cứu có độ phản xạ 70%, trong khi gương sau có độ phản xạ gần như hoàn hảo là 99.9%. Đối với môi trường hấp thụ ánh sáng, họ sử dụng một miếng kính màu mỏng có độ hấp thụ khoảng 15% – khoảng 85% ánh sáng truyền qua nó. Họ phát hiện ra rằng thiết bị của họ cho phép kính màu hấp thụ hơn 94% tổng lượng ánh sáng đi vào hệ thống.
Lớp phủ chống phản chiếu cho phép truyền ánh sáng hoàn hảo
Các nhà nghiên cứu cũng sử dụng một số kỹ thuật để tạo ra các trường ánh sáng thay đổi nhanh chóng, phức tạp và ngẫu nhiên. Họ khẳng định ngay cả với những biến đổi động học này trong nguồn sáng, bộ hấp thụ kết hợp hoàn hảo của chúng vẫn cho phép sự hấp thụ gần như hoàn hảo.
Rotter kể Thế giới vật lý rằng thiết bị của họ có tiềm năng trong nhiều ứng dụng, đặc biệt là về việc thu và truyền năng lượng quang học. Ví dụ, ông cho biết có thể sử dụng nó để sạc pin cho máy bay không người lái từ khoảng cách xa bằng chùm tia laze.
Các nhà nghiên cứu mô tả công việc của họ trong Khoa học.
