英国の物理学者は、自己組織化フォトニック システムを設計しました。このシステムは、照明の変化に応じて生成するレーザー ビームを積極的に適応させることができます。 率いるチームは、 リカルド・サピエンツァ インペリアル・カレッジ・ロンドンと ジョルジオ・ヴォルペ ユニバーシティ カレッジ ロンドンでは、混合物が照射されると高密度のクラスターを形成する浮遊微粒子のシステムを中心に設計を行いました。
自然界の多くのシステムは、周囲の環境のエネルギーを利用して、個々の要素のグループ内で調整された構造とパターンを形成できます。 これらは、捕食者を回避するために動的に形を変える魚の群れから、筋肉収縮などの身体機能に応答するタンパク質の折り畳みにまで及びます。
現在、環境の変化に応じて自らを適応させ、再構成できる人工材料でこの自己組織化をエミュレートすることに、広範な研究分野が専念しています。 この最新の研究では、 自然物理学, Sapienza と Volpe のチームは、環境が変化すると生成される光が変化するレーザー デバイスで効果を再現することを目指しました。
これを達成するために、研究者はコロイドと呼ばれる独自のクラスの材料を利用しました。コロイドでは、粒子が液体全体に分散しています。 これらの粒子は、可視光の波長に匹敵するサイズで容易に合成できるため、コロイドは、レーザーを含む高度なフォトニック デバイスのビルディング ブロックとしてすでに広く使用されています。
それらの粒子がレーザー染料の溶液に懸濁されると、これらの混合物はその中に閉じ込められた光を散乱および増幅し、別の高エネルギーレーザーによる光ポンピングによってレーザービームを生成します。 ただし、これまでのところ、これらの設計には主に静的コロイドが関与しており、その粒子は周囲の変化に応じて再構成できません。
彼らの実験では、Sapienza、Volpe、および同僚は、二酸化チタン (TiO2）粒子は、ヤヌス粒子（異なる物理特性を持つXNUMXつの異なる側面を持つ）も含むレーザー色素のエタノール溶液に均一に懸濁しました。 ヤヌス粒子の球面の半分は露出したままで、もう一方は薄い炭素層でコーティングされ、熱特性が変化しました。
これは、ヤヌス粒子に 632.8 nm の HeNe レーザーを照射すると、周囲の液体に分子スケールの温度勾配が生成されたことを意味します。 これにより、TiO2 コロイド内の粒子が高温のヤヌス粒子の周りに集まり、光学空洞を形成します。 イルミネーションが終了すると、ヤヌス粒子は冷却され、粒子は分散して元の均一な配置に戻ります。
新しい半導体レーザーは、単一周波数で高出力を提供します
この独特な挙動により、Sapienza と Volpe のチームは、TiO のサイズと密度を注意深く制御することができました。2クラスター。 光ポンピングにより、彼らは、十分に密集したクラスターが、可視波長の狭い範囲にわたる強力なレーザーを生成できることを示しました。 このプロセスは完全に可逆的であり、照明が取り除かれると、レーザーは暗くなり、広がります。
照明の変化に能動的に応答できるレーザーシステムを実証することで、研究者は、その結果が、センシング、光ベースのコンピューティング、スマートディスプレイなどの幅広いアプリケーションに適した新世代の自己組織化フォトニック材料を刺激することを期待しています.
