Fiziki iz Združenega kraljestva so zasnovali samosestavljiv fotonski sistem, ki lahko aktivno prilagaja laserske žarke, ki jih proizvaja, kot odziv na spreminjajočo se osvetlitev. Ekipa, ki jo vodi Riccardo Sapienza na Imperial College London in Giorgio Volpe na University College London, so svojo zasnovo zasnovali na sistemu suspendiranih mikrodelcev, ki so tvorili goste grozde, ko je bila mešanica osvetljena.
Številni sistemi v naravi lahko izkoristijo energijo v svojem okoliškem okolju za oblikovanje usklajenih struktur in vzorcev znotraj skupin posameznih elementov. Te segajo od jat rib, ki dinamično spreminjajo svojo obliko, da bi se izognile plenilcem, do zvijanja beljakovin kot odgovor na telesne funkcije, kot je krčenje mišic.
Obsežno področje raziskav je zdaj posvečeno posnemanju te samoorganizacije v umetnih materialih, ki se lahko prilagajajo in rekonfigurirajo kot odziv na njihovo spreminjajočo se okolico. V tej najnovejši raziskavi, poroča v Naravna fizika, Sapienza in Volpejeva ekipa sta želela reproducirati učinek v laserski napravi, ki spremeni svetlobo, ki jo proizvaja, ko se spremeni njeno okolje.
Da bi to dosegli, so raziskovalci izkoristili edinstven razred materialov, imenovanih koloidi, v katerih so delci razpršeni po tekočini. Ker je te delce mogoče enostavno sintetizirati z velikostmi, primerljivimi z valovno dolžino vidne svetlobe, se koloidi že pogosto uporabljajo kot gradniki naprednih fotonskih naprav – vključno z laserji.
Ko so njihovi delci suspendirani v raztopinah laserskih barvil, lahko te zmesi razpršijo in ojačajo svetlobo, ujeto v njih, ter proizvajajo laserske žarke z optičnim črpanjem z drugim visokoenergijskim laserjem. Vendar pa so doslej te zasnove v veliki meri vključevale statične koloide, katerih delci se ne morejo preoblikovati, ko se spremeni njihova okolica.
V svojem poskusu so Sapienza, Volpe in sodelavci predstavili naprednejšo koloidno mešanico, v kateri je titanov dioksid (TiO2) delci so bili enakomerno suspendirani v etanolni raztopini laserskega barvila, ki vsebuje tudi Janusove delce (ki imajo dve različni strani z različnimi fizikalnimi lastnostmi). Ena polovica sferičnih površin Janusovih delcev je ostala gola, medtem ko je bila druga prevlečena s tanko plastjo ogljika, kar je spremenilo njegove toplotne lastnosti.
To je pomenilo, da ko so Janusovi delci osvetljeni s 632.8 nm HeNe laserjem, so ustvarili temperaturni gradient na molekularni lestvici v tekočini, ki jih obdaja. To je povzročilo TiO2 delci v koloidu, da se združijo okoli vročega Janusovega delca in tvorijo optično votlino. Ko se osvetlitev konča, se Janusov delec ohladi in delci se razpršijo nazaj v prvotno enotno razporeditev.
Novi polprevodniški laser zagotavlja visoko moč pri eni frekvenci
To edinstveno vedenje je ekipi Sapienza in Volpe omogočilo skrbno nadzorovanje velikosti in gostote njihovega TiO2grozdi. Z optičnim črpanjem so pokazali, da lahko dovolj gosti grozdi proizvedejo intenziven laser, ki zajema ozko območje vidnih valovnih dolžin. Postopek je bil tudi popolnoma reverzibilen, z lasersko zatemnitvijo in razširitvijo, ko je bila osvetlitev odstranjena.
In demonstrating a laser system that can actively respond to changes in illumination, the researchers hope their results could inspire a new generation of self-assembling photonic materials: suitable for applications as wide-ranging as sensing, light-based computing and smart displays.
