Birleşik Krallık'taki fizikçiler, değişen aydınlatmaya yanıt olarak ürettiği lazer ışınlarını aktif olarak uyarlayabilen, kendiliğinden oluşan bir fotonik sistem tasarladılar. liderliğindeki ekip, Riccardo Sapienza Imperial College London'da ve Giorgio Volpe University College London'da, tasarımlarını, karışım aydınlatıldığında yoğun kümeler oluşturan askıya alınmış bir mikro parçacık sistemi etrafında temellendirdi.
Doğadaki birçok sistem, bireysel element grupları içinde koordineli yapılar ve desenler oluşturmak için çevrelerindeki enerjiyi kullanabilir. Bunlar, yırtıcılardan kaçmak için şekillerini dinamik olarak değiştiren balık sürülerinden, kas kasılması gibi vücut işlevlerine yanıt olarak proteinlerin katlanmasına kadar uzanır.
Artık geniş bir araştırma alanı, değişen çevrelerine yanıt olarak kendilerini adapte edebilen ve yeniden yapılandırabilen yapay malzemelerde bu kendi kendine örgütlenmeyi taklit etmeye adanmıştır. Bu son araştırmada, rapor edilen Doğa Fiziği, Sapienza ve Volpe'nin ekibi, çevre değiştikçe ürettiği ışığı değiştiren bir lazer cihazındaki etkiyi yeniden üretmeyi amaçladı.
Bunu başarmak için araştırmacılar, parçacıkların bir sıvı boyunca dağıldığı kolloid adı verilen benzersiz bir malzeme sınıfından yararlandılar. Bu parçacıklar, görünür ışığın dalga boylarıyla karşılaştırılabilir boyutlarda kolayca sentezlenebildiğinden, kolloidler lazerler de dahil olmak üzere gelişmiş fotonik cihazların yapı taşları olarak zaten yaygın olarak kullanılmaktadır.
Parçacıkları lazer boya çözeltilerinde süspanse edildiğinde, bu karışımlar içlerinde tutulan ışığı dağıtabilir ve çoğaltabilir, başka bir yüksek enerjili lazerle optik pompalama yoluyla lazer ışınları üretebilir. Ancak şimdiye kadar, bu tasarımlar büyük ölçüde, parçacıkları çevreleri değiştikçe kendilerini yeniden yapılandıramayan statik kolloidleri içeriyordu.
Sapienza, Volpe ve meslektaşları yaptıkları deneyde, titanyum dioksitin (TiOXNUMX) olduğu daha gelişmiş bir kolloid karışımı tanıttı.2) partiküller, aynı zamanda Janus partikülleri (farklı fiziksel özelliklere sahip iki farklı kenara sahip olan) içeren bir lazer boyasının etanol solüsyonunda eşit şekilde süspanse edildi. Janus parçacıklarının küresel yüzeylerinin bir yarısı çıplak bırakılırken, diğeri termal özelliklerini değiştirerek ince bir karbon tabakasıyla kaplandı.
Bu, Janus parçacıklarının 632.8 nm HeNe lazerle aydınlatıldığında, onları çevreleyen sıvıda moleküler ölçekte bir sıcaklık gradyanı oluşturdukları anlamına geliyordu. Bu, TiO'ya neden oldu2 kolloiddeki parçacıklar kendilerini sıcak Janus parçacığının etrafında kümeler ve bir optik boşluk oluştururlar. Aydınlatma sona erdiğinde, Janus parçacığı soğur ve parçacıklar orijinal, tek biçimli düzenlemelerine geri döner.
Yeni yarı iletken lazer, tek bir frekansta yüksek güç sağlar
Bu benzersiz davranış, Sapienza ve Volpe ekibinin TiOXNUMX'lerinin boyutlarını ve yoğunluklarını dikkatli bir şekilde kontrol etmelerini sağladı.2kümeler. Optik pompalama yoluyla, yeterince yoğun kümelerin, dar bir görünür dalga boyu aralığını kapsayan yoğun bir lazer üretebileceğini gösterdiler. İşlem ayrıca, aydınlatma kaldırıldıktan sonra lazer karartma ve genişleme ile tamamen tersine çevrilebilirdi.
Araştırmacılar, aydınlatmadaki değişikliklere aktif olarak yanıt verebilen bir lazer sistemini gösterirken, sonuçlarının yeni nesil kendiliğinden birleşen fotonik malzemelere ilham verebileceğini umuyorlar: algılama, ışık tabanlı bilgi işlem ve akıllı ekranlar gibi geniş kapsamlı uygulamalar için uygun.
