Door kenmerken van levende systemen na te bootsen, kunnen zelforganiserende lasers leiden tot nieuwe materialen voor detectie, computers, lichtbronnen en displays.

Hoewel veel kunstmatige materialen geavanceerde eigenschappen hebben, hebben ze nog een lange weg te gaan om de veelzijdigheid en functionaliteit van levende materialen te combineren die zich kunnen aanpassen aan hun situatie. In het menselijk lichaam reorganiseren botten en spieren bijvoorbeeld voortdurend hun structuur en samenstelling om het veranderende gewicht en het niveau van activiteit beter te ondersteunen.

Nu hebben onderzoekers van Imperial College London en University College London het eerste spontaan zelforganiserende laserapparaat gedemonstreerd, dat zich kan herconfigureren wanneer de omstandigheden veranderen.

De innovatie, gerapporteerd in Nature Physics , zal helpen bij de ontwikkeling van slimme fotonische materialen die in staat zijn om eigenschappen van biologische materie beter na te bootsen, zoals reactievermogen, aanpassing, zelfgenezing en collectief gedrag.

Mede-hoofdauteur professor Riccardo Sapienza, van de afdeling Natuurkunde van Imperial, zegt dat "lasers, die de meeste van onze technologieën aandrijven, zijn ontworpen van kristallijne materialen om nauwkeurige en statische eigenschappen te hebben. We vroegen ons af of we een laser konden maken met het vermogen om structuur en functionaliteit te combineren, zichzelf opnieuw te configureren en samen te werken zoals biologische materialen doen."

"Ons lasersysteem kan herconfigureren en samenwerken, waardoor een eerste stap wordt gezet in het nabootsen van de steeds veranderende relatie tussen structuur en functionaliteit die typisch is voor levende materialen."

Lasers zijn apparaten die licht versterken om een ​​speciale vorm van licht te produceren. De zelfassemblerende lasers in het experiment van het team bestonden uit microdeeltjes verspreid in een vloeistof met een hoge "gain" - het vermogen om licht te versterken. Als er eenmaal genoeg van deze microdeeltjes zijn verzameld, kunnen ze externe energie gebruiken om te 'lasen' - laserlicht te produceren.

Een externe laser werd gebruikt om een ​​"Janus"-deeltje (een deeltje dat aan één kant is bekleed met lichtabsorberend materiaal) op te warmen, waaromheen de microdeeltjes zich verzamelden. De laserwerking die door deze microdeeltjesclusters wordt gecreëerd, kan worden in- en uitgeschakeld door de intensiteit van de externe laser te wijzigen, die op zijn beurt de grootte en dichtheid van de cluster regelde.

Het team liet ook zien hoe het lasercluster in de ruimte kan worden overgebracht door verschillende Janus-deeltjes te verwarmen, wat het aanpassingsvermogen van het systeem aantoont. Janus-deeltjes kunnen ook samenwerken en clusters creëren die eigenschappen hebben die verder gaan dan het eenvoudig toevoegen van twee clusters, zoals het veranderen van hun vorm en het vergroten van hun laserkracht.

Mede-hoofdauteur Dr. Giorgio Volpe, van de afdeling Chemie van de UCL, zegt dat "tegenwoordig lasers als vanzelfsprekend worden gebruikt in de geneeskunde, telecommunicatie en ook in industriële productie. Door lasers met levensechte eigenschappen te belichamen de ontwikkeling van robuuste, autonome en duurzame materialen en apparaten van de volgende generatie voor detectietoepassingen, niet-conventionele computers, nieuwe lichtbronnen en beeldschermen."

Vervolgens gaat het team onderzoeken hoe het autonome gedrag van de lasers kan worden verbeterd om ze nog levensechter te maken. Een eerste toepassing van de technologie zou kunnen zijn voor elektronische inkten van de volgende generatie voor slimme displays. + Verder verkennen

Nieuwe single-mode halfgeleiderlaser levert kracht met schaalbaarheid