陌生又熟悉的硅——你所知道的和不知道的

材料牛注：科研人员发现硅纳米颗粒能够大大提高拉曼效应密度，这很可能为光纤通讯带来新的发展。

说到硅，各位材料人肯定会想到它的各种性质及用途，如高纯单晶硅是制造半导体原材料、硅也可作为金属陶瓷、航空材料，同时还能合成硅有机化合物。对了，还有最重要的一点，硅还可以用于光导纤维通信。作为最先进的通信手段，光导纤维给人们的生活带来革命性的改变，那么光导纤维的原料——硅，又是怎样焕发新生的呢？它会帮我们实现技术的第二次飞跃吗？科学家们有话说。

一支由莫斯科物理技术学院(MIPT)、ITMO大学、澳大利亚国立大学组成的科研队伍已证实，硅纳米颗粒能够大大提高拉曼效应（光与声子的交互作用）密度。该研究成果很可能为光纤通讯纳米光源发射器和纳米放大器带来新的发展，该项成果发表于Nanoscale。

通常，光与物质的相互作用不会改变光的颜色，也就是说道光的波长不变。但凡事总有意外，这意外之一便是拉曼效应。拉曼效应中，入射光与分子相互作用，使分子能量增加，产生振动，随后分子会散射出频率较低、波长更长的光。

入射光促使分子振动（图中标红部分），从而使分子以不同的波长发射光子。

拉曼效应广泛应用于光纤通讯，促进了长距离玻璃纤维信号传输。同时，拉曼放大效应也是长途电话的基础。

人们通常借助金属质点诱发拉曼散射效应，然而，在俄罗斯和澳大利亚科学家发表于Nanoscale的研究中，他们却使用硅纳米颗粒产生光谐振，即米氏共振。米氏共振存在于所有球状质点中，共振波长由质点尺寸决定。

由于硅折射率大，若采用直径100纳米的硅质点，可在光视距范围（波长大于300纳米）内观测到磁偶极共振。因此可将微型硅纳米颗粒作为微型元件强化光学效应，包括自行发射光线，增强光吸收，产生高次谐波。

最新研究探明了硅的折射率及光在介质中的传播方式，并发现即使硅粒子直径仅为100纳米，也能在波长超过300纳米的光波中观测到磁偶极共振。

科研人员在实验中发现，光线射入共振粒子时，产生的拉曼效应密度为非共振粒子的100倍。

论文联合作者、MIPT研究生Denis Baranov表示：“拉曼效应在这一过程中作用重大，不仅能够探明化合物种类，也能长途传输信息。我们的发现找到了一个潜在的候选材料——硅纳米粒子。”

原文参考链接：

Silicon Nanoparticles Pave The Way Towards Nanoscale Light Emitters

Silicon Nanoparticles Could Be a Boon for Fiber Optic Telecommunications

感谢材料人编辑部提供素材