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Formation Mechanism of Elemental Te Produced in Tellurite Glass Systems by Femtosecond Laser Irradiation

Résumé

The formation of elemental trigonal tellurium (t-Te) on tellurite glass surfaces exposed to femtosecond laser pulses is discussed. Specifically, the underlying elemental crystallization phenomenon is investigated by altering laser parameters in common tellurite glass compositions under various ambient conditions. Elemental crystallization of t-Te by a single femtosecond laser pulse is unveiled by high-resolution imaging and analysis. The thermal diffusion model reveals the absence of lattice melting upon a single laser pulse, highlighting the complexity of the phase transformation. The typical cross-section displays three different crystal configurations over its depth, in which the overall thickness increases with each subsequent pulse. The effect of various controlled atmospheres shows the suppressing nature of the elemental crystallization, whereas the substrate temperature shows no significant impact on the nucleation of t-Te nanocrystals. This research gives new insight into the elemental crystallization of glass upon femtosecond laser irradiation and shows the potential to fabricate functional transparent electronic micro/nanodevices.

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Concepts associés (33)
Tellure
Le tellure est l'élément chimique de numéro atomique 52, de symbole Te. Ce quatrième élément du est considéré comme un métalloïde du groupe des chalcogènes. L'élément tellure a été soupçonné plus que découvert en 1782 par Franz-Joseph Müller von Reichenstein dans des minerais d'or de Transylvanie, en particulier la sylvanite. Grâce à Pál Kitaibel, qui a entretenu la flamme de la recherche, il a été isolé par Martin Heinrich Klaproth qui a proposé le nom latin tellurium en 1798. « Tellurium » est encore le nom anglais de l'élément.
Métalloïde
Un métalloïde est un élément chimique ou sont une combinaison de ces propriétés. Dans la littérature scientifique, faute de définition standard des métalloïdes, la liste des éléments classés dans cette famille varie selon les auteurs. Les six éléments généralement reconnus comme métalloïdes sont le bore B, le silicium Si, le germanium Ge, l'arsenic As, l'antimoine Sb et le tellure Te. Cinq autres sont moins fréquemment classés parmi les métalloïdes : le carbone C, l'aluminium Al, le sélénium Se, le polonium Po et l'astate At.
Ultrashort pulse
In optics, an ultrashort pulse, also known as an ultrafast event, is an electromagnetic pulse whose time duration is of the order of a picosecond (10−12 second) or less. Such pulses have a broadband optical spectrum, and can be created by mode-locked oscillators. Amplification of ultrashort pulses almost always requires the technique of chirped pulse amplification, in order to avoid damage to the gain medium of the amplifier. They are characterized by a high peak intensity (or more correctly, irradiance) that usually leads to nonlinear interactions in various materials, including air.
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