Language
Country/Area
No result found
Từ lý thuyết đến thực nghiệm: Maria Goeppert-Mayer đã dự đoán sự hấp thụ hai photon như thế nào?
Hấp thụ hai photon (TPA) là một hiện tượng hấp dẫn trong vật lý nguyên tử, một khái niệm có nguồn gốc từ hoạt động khám phá khoa học vào đầu thế kỷ 20. Maria Goeppert Mayer lần đầu tiên dự đoán quá trình này vào năm 1931 trong luận án tiến sĩ của mình và chỉ ra cách photon có thể ảnh hưởng đến trạng thái kích thích của nguyên tử hoặc phân tử trong các điều kiện khác nhau. Với sự phát triển của khoa học công nghệ, đặc biệt là sự phát minh ra tia laser, lý thuyết này đã sớm được kiểm chứng bằng các thí nghiệm và thu hút sự chú ý rộng rãi từ cộng đồng khoa học.
Sự hấp thụ hai photon được định nghĩa là sự hấp thụ đồng thời hai photon ở trạng thái năng lượng ảo, kích thích một nguyên tử hoặc phân tử từ trạng thái này lên trạng thái năng lượng cao hơn.
Sự hấp thụ hai photon không chỉ là một lý thuyết quan trọng trong vật lý nguyên tử mà còn đại diện cho một quá trình quang học phi tuyến tính, trong đó xác suất hấp thụ tỷ lệ thuận với bình phương cường độ ánh sáng. Với sự phát triển của tia laser và các nguồn sáng cường độ cao khác, các nhà khoa học có thể quan sát sự hấp thụ hai photon trong một số vật liệu nhất định, mở ra một cách mới để khám phá sự tương tác giữa ánh sáng và vật chất.
Cần lưu ý rằng quá trình hấp thụ hai photon có thể được chia thành quá trình hấp thụ thoái hóa xảy ra trên các photon có cùng tần số và quá trình hấp thụ không thoái hóa xảy ra trên các photon có tần số khác nhau. Những dự đoán của Mayer đã đặt nền tảng cho việc nghiên cứu hiện tượng phức tạp này, nhưng lý thuyết của bà không nhận được sự chú ý rộng rãi vào thời điểm đó, và mọi người phải mất nhiều thập kỷ sau mới bắt đầu coi trọng công trình của bà.
Dự đoán của Mayer về sự hấp thụ hai photon lần đầu tiên được đề xuất trong luận án tiến sĩ của bà, và sự hình thành của lý thuyết này có liên quan chặt chẽ đến mô hình quang học ban đầu.
Hơn nữa, quá trình hấp thụ hai photon do Mayer dự đoán liên quan đến tư duy cơ học lượng tử. Trong khuôn khổ này, ánh sáng được xem như các photon và người ta phát biểu rằng sự hấp thụ hai photon đòi hỏi năng lượng của các photon phải có khả năng thu hẹp khoảng cách năng lượng bên trong nguyên tử. Điều này có nghĩa là các nhà khoa học nghiên cứu hiện tượng này phải sử dụng các kỹ thuật quang học tương ứng, chẳng hạn như tia laser có thể điều chỉnh, để quan sát các đặc điểm hấp thụ rõ ràng.
Khả năng hấp thụ hai photon không chỉ phụ thuộc vào cường độ ánh sáng mà còn phụ thuộc vào mức độ phù hợp của ánh sáng và khả năng kiểm soát chính xác nguồn sáng.
Các xác minh thực nghiệm tiếp theo, chẳng hạn như quan sát huỳnh quang kích thích bởi hai photon trong tinh thể pha tạp bari, đánh dấu sự ứng dụng thành công của lý thuyết Mayer. Những phát hiện ban đầu này đã mở đường cho những quan sát tiếp theo về hiện tượng hấp thụ hai photon trong các vật liệu khác như hơi germani và cadmium sulfide.
Với sự hiểu biết sâu sắc hơn về quá trình hấp thụ hai photon, việc nghiên cứu các quy tắc chọn lọc dần trở thành trọng tâm. Các quy tắc lựa chọn cho sự hấp thụ hai photon khác với các quy tắc cho sự hấp thụ một photon, cho phép một số phân tử nhất định trải qua quá trình chuyển đổi photon hiệu quả trong các điều kiện quang học cụ thể, qua đó củng cố thêm tầm quan trọng của sự hấp thụ hai photon trong khoa học vật liệu hiện đại.
Sự hấp thụ hai photon có thể được đo bằng nhiều kỹ thuật khác nhau, bao gồm huỳnh quang hai photon, quét Z, tự nhiễu xạ và truyền dẫn phi tuyến tính.
Thông qua các kỹ thuật này, các nhà nghiên cứu có thể thu được những thay đổi trong mặt cắt hấp thụ hai photon ở các bước sóng khác nhau, điều này rất quan trọng cho sự phát triển của các vật liệu và ứng dụng quang học mới. Đồng thời, các nghiên cứu này cũng làm nổi bật tiềm năng của vật liệu quang học phi tuyến tính trong các thiết bị quang điện tử.
Mặc dù hiện tượng hấp thụ hai photon đã được nghiên cứu và xác nhận rộng rãi, nhiều nhà khoa học và kỹ sư vẫn nhận thức rằng có nhiều quá trình vật lý vẫn chưa được hiểu hoặc khám phá đầy đủ. Với sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các vật liệu và phương pháp mới liên tục được thiết kế, điều đó có nghĩa là chúng ta vẫn còn một chặng đường dài phải đi trong nghiên cứu về sự hấp thụ hai photon. Các cuộc khám phá trong tương lai sẽ ảnh hưởng như thế nào đến sự hiểu biết và ứng dụng của chúng ta về hiện tượng quang học?
