Wetenschap
Versneld ontdekkingsonderzoek onthult 21 nieuwe materialen voor geavanceerde organische vastestoflasertechnologie
Organische vastestoflasers (OSL's) zijn veelbelovend voor een breed scala aan toepassingen vanwege hun flexibiliteit, kleurafstembaarheid en efficiëntie. Ze zijn echter moeilijk te maken, en met meer dan 150.000 mogelijke experimenten die nodig zijn om succesvolle nieuwe materialen te vinden, zou het ontdekken ervan een werk van meerdere levens zijn. In feite zijn er de afgelopen decennia slechts 10 tot 20 nieuwe OSL-materialen getest.
Onderzoekers van het Acceleration Consortium van de Universiteit van Toronto gingen deze uitdaging aan en gebruikten de zelfrijdende laboratoriumtechnologie (SDL). Eenmaal opgezet, konden ze meer dan 1.000 potentiële OSL-materialen synthetiseren en testen en minstens 21 best presterende materialen ontdekken. OSL heeft binnen enkele maanden kandidaten.
Een SDL maakt gebruik van geavanceerde technologieën zoals kunstmatige intelligentie en robotsynthese om het proces van het identificeren van nieuwe materialen te stroomlijnen – in dit geval materialen met uitzonderlijke lasereigenschappen. Tot nu toe waren SDL's meestal beperkt tot één fysiek laboratorium op één geografische locatie.
Dit artikel getiteld "Delocalized Asynchronous Closed-Loop Discovery of Organic Laser Emitters", gepubliceerd in het tijdschrift Science, laat zien hoe het onderzoeksteam het concept van gedistribueerde experimenten gebruikte, waarbij taken over verschillende onderzoekslocaties worden verdeeld, om het gezamenlijke doel sneller te bereiken. Bij dit onderzoek waren laboratoria uit Toronto en Vancouver in Canada, Glasgow in Schotland, Illinois in de VS en Fukuoka in Japan betrokken.
Door deze methode te gebruiken kon elk laboratorium zijn unieke expertise en middelen inbrengen, wat uiteindelijk een sleutelrol speelde in het succes van dit project. Deze gedecentraliseerde workflow, beheerd door een cloudgebaseerd platform, verhoogde niet alleen de efficiëntie, maar maakte ook de snelle replicatie van experimentele bevindingen mogelijk, waardoor uiteindelijk het ontdekkingsproces werd gedemocratiseerd en de ontwikkeling van de volgende generatie lasertechnologie werd versneld.
"Wat dit artikel laat zien is dat een gesloten-lusbenadering kan worden gedelokaliseerd, dat onderzoekers helemaal van de moleculaire toestand naar apparaten kunnen gaan en dat je de ontdekking van materialen kunt versnellen die zich heel vroeg in het commercialiseringsproces bevinden", zegt hij. Dr. Alán Aspuru-Guzik, directeur van het Acceleration Consortium.
"Het team ontwierp een experiment dat helemaal van molecuul tot apparaat ging, waarbij de uiteindelijke apparaten in Japan werden gemaakt. Ze werden opgeschaald in Vancouver en vervolgens overgebracht naar Japan voor karakterisering."
De ontdekking van deze nieuwe materialen vertegenwoordigt een aanzienlijke vooruitgang op het gebied van moleculaire opto-elektronica. Het heeft de weg vrijgemaakt voor verbeterde prestaties en functionaliteit in OSL-apparaten en een precedent geschapen voor toekomstige gedelokaliseerde ontdekkingscampagnes op het gebied van materiaalkunde en zelfrijdende laboratoria.