영국의 물리학자들은 조명 변화에 반응하여 생성되는 레이저 빔을 능동적으로 조정할 수 있는 자가 조립 광자 시스템을 설계했습니다. 팀은 다음과 같습니다. 리카르도 사피엔자 임페리얼 칼리지 런던과 조르지오 볼페 University College London의 연구진은 혼합물에 빛을 비추면 조밀한 클러스터를 형성하는 부유 미세입자 시스템을 기반으로 설계했습니다.
자연의 많은 시스템은 주변 환경의 에너지를 활용하여 개별 요소 그룹 내에서 조화로운 구조와 패턴을 형성할 수 있습니다. 이는 포식자를 피하기 위해 동적으로 모양을 바꾸는 물고기 떼부터 근육 수축과 같은 신체 기능에 반응하여 단백질을 접는 것까지 다양합니다.
이제 광범위한 연구 분야는 변화하는 환경에 반응하여 스스로 적응하고 재구성할 수 있는 인공 재료에서 이러한 자기 조직을 모방하는 데 전념하고 있습니다. 이 최신 연구에서는 자연 물리, Sapienza와 Volpe 팀은 환경이 변경됨에 따라 생성되는 빛을 변경하는 레이저 장치에서 효과를 재현하는 것을 목표로 했습니다.
이를 달성하기 위해 연구진은 입자가 액체 전체에 분산되는 콜로이드라는 독특한 종류의 물질을 활용했습니다. 이러한 입자는 가시광선의 파장과 비슷한 크기로 쉽게 합성될 수 있기 때문에 콜로이드는 이미 레이저를 포함한 고급 광자 장치의 구성 요소로 널리 사용되고 있습니다.
입자가 레이저 염료 용액에 부유하면 이러한 혼합물은 그 안에 갇힌 빛을 산란시키고 증폭시켜 또 다른 고에너지 레이저의 광학 펌핑을 통해 레이저 빔을 생성할 수 있습니다. 그러나 지금까지 이러한 설계에는 주변 환경이 변함에 따라 입자가 스스로 재구성될 수 없는 정적 콜로이드가 주로 사용되었습니다.
그들의 실험에서 Sapienza, Volpe 및 동료들은 이산화티탄(TiOXNUMX)이 포함된 보다 진보된 콜로이드 혼합물을 도입했습니다.2) 입자는 Janus 입자(물리적 특성이 서로 다른 두 측면을 가짐)를 포함하는 레이저 염료의 에탄올 용액에 고르게 부유되었습니다. 야누스 입자의 구형 표면 중 절반은 맨손으로 남아 있었고, 다른 절반은 탄소의 얇은 층으로 코팅되어 열 특성이 변경되었습니다.
이는 Janus 입자가 632.8nm HeNe 레이저로 조명되었을 때 주변 액체에 분자 규모의 온도 구배를 생성했음을 의미합니다. 이로 인해 TiO2 콜로이드의 입자는 뜨거운 야누스 입자 주위에 모여서 광학 공동을 형성합니다. 조명이 끝나면 야누스 입자는 냉각되고 입자는 원래의 균일한 배열로 다시 분산됩니다.
단일 주파수에서 높은 출력을 제공하는 새로운 반도체 레이저
이러한 독특한 동작을 통해 Sapienza와 Volpe 팀은 TiOXNUMX의 크기와 밀도를 신중하게 제어할 수 있었습니다.2클러스터. 광학 펌핑을 통해 그들은 충분히 밀도가 높은 클러스터가 좁은 범위의 가시 파장에 걸쳐 강력한 레이저를 생성할 수 있음을 보여주었습니다. 조명이 제거되면 레이저가 어두워지고 넓어지는 과정을 통해 이 과정은 완전히 가역적이었습니다.
연구원들은 조명 변화에 능동적으로 반응할 수 있는 레이저 시스템을 시연하면서 그들의 결과가 감지, 조명 기반 컴퓨팅 및 스마트 디스플레이와 같은 광범위한 응용 분야에 적합한 차세대 자가 조립 광자 재료에 영감을 줄 수 있기를 희망합니다.
