Fisikawan di Inggris telah merancang sistem fotonik rakitan sendiri, yang dapat secara aktif mengadaptasi sinar laser yang dihasilkannya sebagai respons terhadap perubahan iluminasi. Tim yang dipimpin oleh Riccardo Sapienza di Imperial College London dan Giorgio Volpe di University College London, mendasarkan desain mereka di sekitar sistem mikropartikel tersuspensi, yang membentuk kelompok padat ketika campuran itu diterangi.
Banyak sistem di alam dapat memanfaatkan energi di lingkungan sekitarnya untuk membentuk struktur dan pola yang terkoordinasi dalam kelompok elemen individu. Ini berkisar dari kumpulan ikan, yang secara dinamis mengubah bentuknya untuk menghindari pemangsa, hingga pelipatan protein sebagai respons terhadap fungsi tubuh, seperti kontraksi otot.
Bidang penelitian yang luas sekarang didedikasikan untuk meniru pengorganisasian diri ini dalam bahan buatan, yang dapat beradaptasi dan mengkonfigurasi ulang diri mereka sendiri dalam menanggapi lingkungan mereka yang berubah. Dalam penelitian terbaru ini, dilaporkan dalam Fisika Alam, Tim Sapienza dan Volpe bertujuan untuk mereproduksi efek dalam perangkat laser, yang mengubah cahaya yang dihasilkannya saat lingkungannya diubah.
Untuk mencapai hal ini, para peneliti mengeksploitasi kelas unik bahan bernama koloid, di mana partikel tersebar di seluruh cairan. Karena partikel-partikel ini dapat dengan mudah disintesis dengan ukuran yang sebanding dengan panjang gelombang cahaya tampak, koloid sudah banyak digunakan sebagai bahan penyusun perangkat fotonik canggih – termasuk laser.
Ketika partikel mereka tersuspensi dalam larutan pewarna laser, campuran ini dapat menyebarkan dan memperkuat cahaya yang terperangkap di dalamnya, menghasilkan sinar laser melalui pemompaan optik dengan laser berenergi tinggi lainnya. Sejauh ini, bagaimanapun, desain ini sebagian besar melibatkan koloid statis, yang partikelnya tidak dapat mengkonfigurasi ulang diri mereka sendiri saat lingkungan mereka berubah.
Dalam percobaan mereka, Sapienza, Volpe dan rekan memperkenalkan campuran koloid yang lebih maju, di mana titanium dioksida (TiO2) partikel tersuspensi secara merata dalam larutan etanol pewarna laser yang juga mengandung partikel Janus (yang memiliki dua sisi berbeda dengan sifat fisik yang berbeda). Setengah dari permukaan bola partikel Janus dibiarkan kosong, sementara yang lain dilapisi dengan lapisan tipis karbon, mengubah sifat termalnya.
Ini berarti bahwa ketika partikel Janus disinari dengan laser HeNe 632.8 nm, mereka menghasilkan gradien suhu skala molekul dalam cairan yang mengelilinginya. Hal ini menyebabkan TiO2 partikel dalam koloid mengelompok di sekitar partikel Janus yang panas dan membentuk rongga optik. Setelah iluminasi berakhir, partikel Janus mendingin dan partikel-partikel menyebar kembali ke pengaturan aslinya yang seragam.
Laser semikonduktor baru menghasilkan daya tinggi pada satu frekuensi
Perilaku unik ini memungkinkan tim Sapienza dan Volpe untuk mengontrol ukuran dan kepadatan TiO mereka dengan hati-hati2cluster. Melalui pemompaan optik, mereka menunjukkan bahwa kelompok yang cukup padat dapat menghasilkan laser yang intens, yang mencakup rentang panjang gelombang yang terlihat. Prosesnya juga sepenuhnya dapat dibalik, dengan peredupan dan perluasan laser setelah iluminasi dihilangkan.
Dalam mendemonstrasikan sistem laser yang dapat secara aktif merespons perubahan iluminasi, para peneliti berharap hasil mereka dapat menginspirasi generasi baru bahan fotonik rakitan sendiri: cocok untuk aplikasi yang luas seperti penginderaan, komputasi berbasis cahaya, dan tampilan pintar.
