Världens första självorganiserande laser född för att göra självläkande smarta fotoniska material

I allmänhet har många konstgjorda material sina egna avancerade egenskaper, men de måste kombinera mångfalden och funktionaliteten hos levande material för att passa de senares specifika situation. Till exempel, i människokroppen, omorganiserar ben och muskler ständigt sin struktur och sammansättning för att bättre upprätthålla förändrade vikt- och aktivitetsnivåer.
Nyligen hämtade forskare från Imperial College London och University College London inspiration från denna idé och demonstrerade världens första laserapparat som spontant kan uppnå självorganisering, som kan omkonfigurera sig själv när förutsättningarna förändras.
Teamet noterar att denna innovation kommer att bidra till utvecklingen av smarta fotoniska material - material som bättre efterliknar egenskaperna hos biologisk materia, såsom lyhördhet, anpassningsförmåga, självläkning och kollektivt beteende.
Lasrarna som driver de flesta av våra teknologier idag är vanligtvis designade av kristallina material och är precisa och statiska till sin natur. Forskargruppen som nämns ovan, å andra sidan, hade den ljusa idén att skapa en laser som kunde blanda struktur och funktion, vilket gör att den kan omkonfigurera sig själv och samarbeta som ett biologiskt material.
Professor Riccardo Sapienza vid Imperial Colleges institution för fysik, en av studiens medförfattare, sa: "Vårt lasersystem kan omkonfigureras och samarbeta för att passa ihop, vilket kommer att lägga grunden för att efterlikna den utvecklande länken mellan struktur och funktion i biologiska material. "
I allmänhet kan en laser definieras som en anordning som kan producera en viss form av ljus genom att förstärka det. De självmonterade lasrarna i teamets experiment bestod av partiklar dispergerade i en vätska med hög förstärkning (förmågan att förstärka ljus). När tillräckligt många av dessa partiklar har samlats kan de exciteras med extern energi för att producera en laser.
I deras experiment användes en extern laser för att värma en "Janus"-partikel (en partikel belagd på ena sidan med ett ljusabsorberande material) runt vilken partiklarna samlades. Dessa partikelkluster producerar en laser som kan slås på och av genom att variera intensiteten på den externa lasern, vilket i sin tur styr storleken och densiteten på partikelklustret.
Dessutom demonstrerade teamet hur laserklustren kan transporteras genom rymden genom att värma upp olika Janus-partiklar, vilket visar systemets anpassningsförmåga. "Janus"-partiklarna kan också samarbeta med varandra för att skapa kluster av partiklar som har fler egenskaper än att bara lägga till två partiklar, som att ändra sin form och förbättra sin laserkraft.
Idag används lasrar redan i stor utsträckning inom medicin, telekommunikation och industriell produktion", säger medförfattaren Dr. Giorgio Volpe från Department of Chemistry vid University College London. Och lasrar med bioniska egenskaper kommer att hjälpa till att utveckla robusta, autonoma och hållbara nästa gång. -generationsmaterial och enheter för avkänning av applikationer, okonventionell datoranvändning och nya ljuskällor och skärmar."
Därefter kommer forskargruppen att studera hur man kan förbättra det autonoma beteendet hos lasrar för att göra dem mer smidiga och verklighetstrogna. Det är tänkt att tekniken kan tillämpas för första gången på nästa generations e-bläck för smarta skärmar.