1. Absorption av fotoner:
– När ett material absorberar en foton överförs fotonens energi till materialets elektroner, vilket får dem att övergå till högre energitillstånd.
– Denna energiöverföring kan resultera i excitation av atomvibrationer, eftersom elektronernas ökade energi kan störa atomernas jämviktspositioner.
2. Ytplasmonresonans:
– Ytplasmonresonans är ett fenomen som uppstår när ljus interagerar med metallnanopartiklar eller tunna metallfilmer.
– Det infallande ljuset skapar kollektiva oscillationer av elektroner på metallytan, så kallade ytplasmoner.
- Energin från ytplasmonerna kan överföras till närliggande atomer, vilket leder till excitation av atomvibrationer.
3. Phonon-Polariton-excitation:
- Fonon-polaritoner är kvasipartiklar som är ett resultat av kopplingen av ljus med optiska fononer (kvantiserade gittervibrationer).
– När ljusvågor interagerar med ett material med hög koncentration av optiska fononer kan energin från ljuset överföras till fononerna, vilket resulterar i excitation av atomvibrationer.
4. Ultrasnabb laserexcitering:
– Ultrasnabba laserpulser kan leverera intensiv ljusenergi över extremt korta tidsskalor.
– Genom att använda femtosekunds- eller pikosekundlaserpulser är det möjligt att excitera högfrekventa atomvibrationer som kallas koherenta fononer.
- Koherenta fononer uppvisar synkroniserade svängningar och kan användas för att studera dynamik på atomnivå.
5. Fotoakustisk effekt:
- Den fotoakustiska effekten innebär omvandling av absorberad ljusenergi till värme och efterföljande generering av akustiska vågor på grund av termisk expansion.
– Eftersom ljus absorberas av ett material, orsakar det en snabb temperaturökning, vilket leder till expansion och sammandragning av materialet.
- Denna expansion genererar akustiska vågor som bär information om de atomära vibrationerna som induceras av det absorberade ljuset.
6. Raman-spektroskopi:
– Ramanspektroskopi är en teknik som utnyttjar oelastisk spridning av ljus för att undersöka molekylära vibrationer.
– När ljus interagerar med en molekyl kan det överföra energi till specifika vibrationslägen, vilket resulterar i emission av spritt ljus med förskjutna frekvenser.
– Analysen av dessa frekvensförskjutningar ger information om de molekylära vibrationerna och atomförskjutningarna.
Dessa metoder gör det möjligt för forskare och vetenskapsmän att förstå de grundläggande interaktionerna mellan ljus och materia på atomnivå. Genom att omvandla ljus till atomvibrationer får de insikter i materialegenskaper, energiöverföringsprocesser och dynamiken i atomära strukturer.
