Brug naturen til at producere et revolutionerende optisk materiale

Et internationalt team af forskere har rapporteret om en ny måde at beskytte droner, overvågningskameraer og andet udstyr mod laserangreb, som kan deaktivere eller ødelægge udstyret. Funktionen er kendt som optisk begrænsning.

Arbejdet, offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation , beskriver også en overlegen måde at skifte telekommunikation uden brug af elektronik; i stedet, de bruger en helt optisk metode, der kan forbedre internetkommunikationens hastighed og kapacitet. Det kan fjerne en vejspærring ved flytning fra 4GLTE til 5G -netværk.

Teamet rapporterede, at et materiale, der er skabt ved hjælp af tellur -nanoroder - produceret af naturligt forekommende bakterier - er et effektivt, ikke -lineært optisk materiale, i stand til at beskytte elektroniske enheder mod højintensitets lysudbrud, herunder dem, der udsendes af billige husholdningslasere målrettet mod fly, droner eller andre kritiske systemer. Forskerne beskriver materialet og dets ydeevne som et valgmateriale til næste generations optoelektroniske og fotoniske enheder.

Seamus Curran, en fysikprofessor ved University of Houston og en af ​​papirets forfattere, sagt, mens de fleste optiske materialer syntetiseres kemisk, brug af et biologisk baseret nanomateriale viste sig at være billigere og mindre giftigt. "Vi fandt en billigere, lettere, enklere måde at fremstille materialet på, sagde han. "Vi lod Moder Natur gøre det."

De nye fund voksede ud af tidligere arbejde fra Curran og hans team, arbejder i samarbejde med Werner J. Blau fra Trinity College Dublin og Ron Oremland med U.S. Geological Survey. Curran syntetiserede oprindeligt nanokompositterne for at undersøge deres potentiale i fotonikverdenen. Han har en amerikansk og international serie af patenter til dette arbejde.

Forskerne bemærkede, at brug af bakterier til at skabe nanokrystaller tyder på en miljøvenlig syntesemetode, samtidig med at det giver imponerende resultater. "Ikke -lineære optiske målinger af dette materiale afslører den stærke mættelige absorption og ikke -lineære optiske udryddelser forårsaget af Mie, der spreder overbrede tids- og bølgelængdeområder, "skrev de." I begge tilfælde, Te [tellur] -partiklerne udviser overlegen optisk ulinearitet sammenlignet med grafen. "

Lys ved meget høj intensitet, såsom den, der udsendes af en laser, kan have uforudsigelige polariserende virkninger på visse materialer, Curran sagde, og fysikere har ledt efter egnede ikke -lineære materialer, der kan modstå virkningerne. Et mål, han sagde, er et materiale, der effektivt kan reducere lysintensiteten, gør det muligt at udvikle en enhed, der kan forhindre beskadigelse af det lys.

Forskerne brugte nanokomposit, består af biologisk genererede elementære tellur-nanokrystaller og en polymer til at bygge en elektrooptisk switch-en elektrisk enhed, der bruges til at modulere lysstråler-der er immun mod skader fra en laser, han sagde.

Oremland bemærkede, at det nuværende arbejde voksede ud af 30 års grundforskning, stammer fra deres første opdagelse af selenitrespirerende bakterier og det faktum, at bakterierne danner diskrete pakker med elementært selen. "Derfra, det var et skridt ned i det periodiske system for at lære, at det samme kunne gøres med telluriumoxyanioner, "sagde han." Det faktum, at tellur havde potentiel anvendelse inden for nanofotonik, kom som en serendipitøs overraskelse. "

Blau sagde, at de biologisk genererede tellur-nanoroder er særligt velegnede til fotoniske apparatapplikationer i mellem-infrarødt område. "Denne bølgelængde -region er ved at blive et varmt teknologisk emne, da den er nyttig til biomedicinsk, miljø- og sikkerhedsrelateret sansning, såvel som laserbehandling og til åbning af nye vinduer til fiberoptisk og ledig kommunikation. "

Arbejdet vil fortsætte med at udvide materialets potentiale for brug i alle optiske telekontakter, som Curran sagde er afgørende for at udvide bredbåndskapaciteten. "Vi har brug for en massiv investering i optisk fiber, "sagde han." Vi har brug for større båndbredde og skiftehastigheder. Vi har brug for alle optiske switches for at gøre det. "