Der weltweit erste selbstorganisierende Laser soll zur Herstellung selbstheilender intelligenter photonischer Materialien beitragen

Generell haben viele künstliche Materialien ihre eigenen fortschrittlichen Eigenschaften, sie müssen jedoch die Vielfalt und Funktionalität lebender Materialien kombinieren, um deren spezifischer Situation gerecht zu werden. Im menschlichen Körper beispielsweise organisieren Knochen und Muskeln ihre Struktur und Zusammensetzung ständig neu, um wechselnden Gewichten und Aktivitätsniveaus besser standhalten zu können.
Kürzlich ließen sich Forscher des Imperial College London und des University College London von dieser Idee inspirieren und demonstrierten das weltweit erste Lasergerät, das spontan eine Selbstorganisation erreichen und sich selbst neu konfigurieren kann, wenn sich die Bedingungen ändern.
Das Team stellt fest, dass diese Innovation zur Entwicklung intelligenter photonischer Materialien beitragen wird – Materialien, die die Eigenschaften biologischer Materie wie Reaktionsfähigkeit, Anpassungsfähigkeit, Selbstheilung und kollektives Verhalten besser nachahmen.
Die Laser, die heute die meisten unserer Technologien antreiben, bestehen typischerweise aus kristallinen Materialien und sind präziser und statischer Natur. Das oben erwähnte Forschungsteam hatte andererseits die brillante Idee, einen Laser zu entwickeln, der Struktur und Funktion vereinen kann und es ihm ermöglicht, sich wie ein biologisches Material neu zu konfigurieren und zusammenzuarbeiten.
Professor Riccardo Sapienza vom Department of Physics des Imperial College, einer der Co-Autoren der Studie, sagte: „Unser Lasersystem kann sich neu konfigurieren und zusammenarbeiten, um zusammenzupassen, was die Grundlage für die Nachahmung der sich entwickelnden Verbindung zwischen Struktur und Funktion in biologischen Materialien legen wird.“ "
Im Allgemeinen kann ein Laser als ein Gerät definiert werden, das in der Lage ist, durch Verstärkung eine bestimmte Lichtform zu erzeugen. Die selbstorganisierten Laser in den Experimenten des Teams bestanden aus in einer Flüssigkeit dispergierten Partikeln mit hoher Verstärkung (der Fähigkeit, Licht zu verstärken). Sobald genügend dieser Teilchen zusammengebracht sind, können sie mit externer Energie angeregt werden, um einen Laser zu erzeugen.
In ihren Experimenten wurde ein externer Laser verwendet, um ein „Janus“-Partikel (ein auf einer Seite mit einem lichtabsorbierenden Material beschichtetes Partikel) zu erhitzen, um das sich die Partikel gruppierten. Diese Partikelcluster erzeugen einen Laser, der durch Variieren der Intensität des externen Lasers ein- und ausgeschaltet werden kann, was wiederum die Größe und Dichte des Partikelclusters steuert.
Darüber hinaus demonstrierte das Team, wie die Lasercluster durch Erhitzen verschiedener Janus-Partikel durch den Weltraum transportiert werden können, und demonstrierte so die Anpassungsfähigkeit des Systems. Die „Janus“-Partikel können auch miteinander zusammenarbeiten, um Partikelcluster zu bilden, die mehr Eigenschaften haben als nur das Hinzufügen zweier Partikel, wie zum Beispiel die Änderung ihrer Form und die Verbesserung ihrer Laserleistung.
„Heute werden Laser bereits in großem Umfang in der Medizin, Telekommunikation und industriellen Produktion eingesetzt“, sagte Co-Hauptautor Dr. Giorgio Volpe vom Department of Chemistry am University College London. Und Laser mit bionischen Eigenschaften werden dazu beitragen, als nächstes robuste, autonome und langlebige Laser zu entwickeln Materialien und Geräte der neuesten Generation für Sensoranwendungen, unkonventionelle Computer sowie neue Lichtquellen und Displays.
Als nächstes wird das Forschungsteam untersuchen, wie das autonome Verhalten von Lasern verbessert werden kann, um sie agiler und lebensechter zu machen. Man geht davon aus, dass die Technologie erstmals auf die nächste Generation von E-Ink für Smart Displays angewendet werden könnte.