Livslignende lasere kan selvorganisere, tilpasse deres struktur og samarbejde

Ved at efterligne træk ved levende systemer kan selvorganiserende lasere føre til nye materialer til sansning, databehandling, lyskilder og skærme.

Mens mange kunstige materialer har avancerede egenskaber, har de en lang vej at gå for at kombinere alsidigheden og funktionaliteten af ​​levende materialer, der kan tilpasse sig deres situation. For eksempel reorganiserer knogler og muskler løbende deres struktur og sammensætning i den menneskelige krop for bedre at kunne opretholde skiftende vægt og aktivitetsniveau.

Nu har forskere fra Imperial College London og University College London demonstreret den første spontant selvorganiserende laserenhed, som kan omkonfigureres, når forholdene ændrer sig.

Innovationen, rapporteret i Nature Physics , vil hjælpe med at muliggøre udviklingen af ​​smarte fotoniske materialer, der er i stand til bedre at efterligne biologiske stoffers egenskaber, såsom reaktionsevne, tilpasning, selvhelbredelse og kollektiv adfærd.

Medforfatter professor Riccardo Sapienza, fra Institut for Fysik ved Imperial, siger, at "lasere, som driver de fleste af vores teknologier, er designet af krystallinske materialer til at have præcise og statiske egenskaber. Vi spurgte os selv, om vi kunne skabe en laser med evnen til at blande struktur og funktionalitet, at rekonfigurere sig selv og samarbejde som biologiske materialer gør."

"Vores lasersystem kan omkonfigurere og samarbejde, hvilket muliggør et første skridt mod at efterligne det evigt udviklende forhold mellem struktur og funktionalitet, der er typisk for levende materialer."

Lasere er enheder, der forstærker lyset til at producere en speciel form for lys. De selvsamlende lasere i holdets eksperiment bestod af mikropartikler spredt i en væske med høj "forstærkning" - evnen til at forstærke lys. Når nok af disse mikropartikler samles sammen, kan de udnytte ekstern energi til at "lasere" – producere laserlys.

En ekstern laser blev brugt til at opvarme en "Janus"-partikel (en partikel belagt på den ene side med lysabsorberende materiale), omkring hvilken mikropartiklerne samlede sig. Lasingen skabt af disse mikropartikelklynger kunne tændes og slukkes ved at ændre intensiteten af ​​den eksterne laser, som igen styrede klyngens størrelse og tæthed.

Holdet viste også, hvordan laserklyngen kunne overføres i rummet ved at opvarme forskellige Janus-partikler, hvilket demonstrerer systemets tilpasningsevne. Janus-partikler kan også samarbejde og skabe klynger, der har egenskaber ud over den simple tilføjelse af to klynger, såsom at ændre deres form og øge deres laserkraft.

Medforfatter Dr. Giorgio Volpe, fra Institut for Kemi ved UCL, siger, at "i dag bruges lasere som en selvfølge i medicin, telekommunikation og også i industriel produktion. Indførelse af lasere med naturtro egenskaber vil gøre det muligt udviklingen af ​​robuste, autonome og holdbare næste generations materialer og enheder til registreringsapplikationer, ikke-konventionel databehandling, nye lyskilder og skærme."

Dernæst vil holdet undersøge, hvordan man kan forbedre lasernes autonome adfærd for at gøre dem endnu mere naturtro. En første anvendelse af teknologien kunne være næste generation af elektronisk blæk til smarte skærme. + Udforsk yderligere

Ny single-mode halvlederlaser leverer strøm med skalerbarhed