陌生又熟悉的硅——你所知道的和不知道的

材料牛注：科研人員發現硅納米顆粒能夠大大提高拉曼效應密度，這很可能為光纖通訊帶來新的發展。

說到硅，各位材料人肯定會想到它的各種性質及用途，如高純單晶硅是制造半導體原材料、硅也可作為金屬陶瓷、航空材料，同時還能合成硅有機化合物。對了，還有最重要的一點，硅還可以用于光導纖維通信。作為最先進的通信手段，光導纖維給人們的生活帶來革命性的改變，那么光導纖維的原料——硅，又是怎樣煥發新生的呢？它會幫我們實現技術的第二次飛躍嗎？科學家們有話說。

一支由莫斯科物理技術學院(MIPT)、ITMO大學、澳大利亞國立大學組成的科研隊伍已證實，硅納米顆粒能夠大大提高拉曼效應（光與聲子的交互作用）密度。該研究成果很可能為光纖通訊納米光源發射器和納米放大器帶來新的發展，該項成果發表于Nanoscale。

通常，光與物質的相互作用不會改變光的顏色，也就是說道光的波長不變。但凡事總有意外，這意外之一便是拉曼效應。拉曼效應中，入射光與分子相互作用，使分子能量增加，產生振動，隨后分子會散射出頻率較低、波長更長的光。

入射光促使分子振動（圖中標紅部分），從而使分子以不同的波長發射光子。

拉曼效應廣泛應用于光纖通訊，促進了長距離玻璃纖維信號傳輸。同時，拉曼放大效應也是長途電話的基礎。

人們通常借助金屬質點誘發拉曼散射效應，然而，在俄羅斯和澳大利亞科學家發表于Nanoscale的研究中，他們卻使用硅納米顆粒產生光諧振，即米氏共振。米氏共振存在于所有球狀質點中，共振波長由質點尺寸決定。

由于硅折射率大，若采用直徑100納米的硅質點，可在光視距范圍（波長大于300納米）內觀測到磁偶極共振。因此可將微型硅納米顆粒作為微型元件強化光學效應，包括自行發射光線，增強光吸收，產生高次諧波。

最新研究探明了硅的折射率及光在介質中的傳播方式，并發現即使硅粒子直徑僅為100納米，也能在波長超過300納米的光波中觀測到磁偶極共振。

科研人員在實驗中發現，光線射入共振粒子時，產生的拉曼效應密度為非共振粒子的100倍。

論文聯合作者、MIPT研究生Denis Baranov表示：“拉曼效應在這一過程中作用重大，不僅能夠探明化合物種類，也能長途傳輸信息。我們的發現找到了一個潛在的候選材料——硅納米粒子。”

原文參考鏈接：

Silicon Nanoparticles Pave The Way Towards Nanoscale Light Emitters

Silicon Nanoparticles Could Be a Boon for Fiber Optic Telecommunications

感謝材料人編輯部提供素材