07 октомври 2022
Категории
  •  Космос
  •  Физика
  •  Науки за земята
  •  Биология
  •  Медицина
  •  Математика
  •  Научни дискусии
  •  Разни
FACEBOOK

Лазерите могат да се самоорганизират, адаптират и си сътрудничат като живи системи

| ПОСЛЕДНА ПРОМЯНА 27 юли 2022 в 00:01 34480
Снимка: Pixnio

Като имитират характеристиките на живите системи, самоорганизиращите се лазери могат да доведат до нови материали за сензори, компютри, светлинни източници и дисплеи.

Например в човешкото тяло костите и мускулите непрекъснато реорганизират своята структура и състав, за да издържат по-добре на променящото се тегло и ниво на активност.

Сега изследователи от Имперския колеж в Лондон и Университетския колеж в Лондон демонстрират първото спонтанно самоорганизиращо се лазерно устройство, което може да се преконфигурира при промяна на условията.

Самоорганизацията е спонтанно възникване на структура и координация от елементарни единици в мащаби, по-големи от тези, които определят отделните компоненти. Много биологични и изкуствени системи, способни да използват наличната енергия, разчитат на този процес за формиране на сложни структури и модели, както и за постигане на сложни функционалности.

Тази иновация, за която се съобщава в Nature Physics, ще спомогне за разработването на интелигентни фотонни материали, способни да имитират по-добре свойствата на биологичната материя, като например чувствителност, адаптация, самовъзстановяване и колективно поведение.

Съчетаване на структура и функционалност

Съавторът на проекта, професор Рикардо Сапиенца (Riccardo Sapienza) от катедрата по физика в Имперския колеж в Лондон, заявява:

"Лазерите, които захранват повечето от нашите технологии, са създадени от кристални материали, за да имат точни и статични свойства. Запитахме се дали бихме могли да създадем лазер със способност да съчетава структура и функционалност, да се пренастройва и да си взаимодейства, както правят биологичните материали."

"Нашата лазерна система може да се преконфигурира и да си взаимодейства, като по този начин прави първата стъпка към имитиране на постоянно развиващата се връзка между структура и функционалност, характерна за живите материали."

Микрочастици, групирани около частица Янус. Прекъснатата линия очертава лазерната зона, а розовите/жълтите линии показват следите на няколко микрочастици. Кредит: Imperial College London

Лазерите са устройства, които усилват светлината, променяйки формата ѝ в кохерентна светлина - т.е. с еднаква честота и форма на вълната.

Самоорганизиращите се лазери в експеримента на екипа се състоят от микрочастици, разпръснати в течност с висок "коефициент на усилване" на светлината. След като се съберат достатъчно микрочастици, те могат да използват външна енергия, за да "лазерират" - т.е. да излъчват кохерентна светлина.

С помощта на външен лазер се нагрява частица "Янус" (частица, покрита от едната страна със светлопоглъщащ материал), около която се събират микрочастици. Лазерите, създадени от тези клъстери от микрочастици, могат да се включват и изключват чрез промяна на интензитета на външния лазер, който на свой ред контролира размера и плътността на клъстера.

Материали от следващо поколение

Екипът също така показа как лазериращият клъстер може да бъде пренесен в пространството чрез нагряване на различни Янусови частици, демонстрирайки адаптивността на системата. Частиците Янус могат също така да си взаимодействат, създавайки клъстери, които имат свойства, надхвърлящи простото добавяне на два клъстера, като например промяна на формата им и увеличаване на лазерната им мощност.

Три цветни сфери (червена, жълта и синя) са заобиколени от по-малки зелени сфери. Кредит: Imperial College London

Реконфигуриране на произволни лазери чрез прехвърляне на натоварване. Кредит: Nature Physics

Клъстерите от излъчващи кохерентна светлина микрочастици образуват различни патерни около групите Янусови частици

Съавторът на проекта д-р Джорджо Волпе (Giorgio Volpe) от катедрата по химия в Калифорнийския технологичен институт коментира:

"В днешно време лазерите се използват в медицината, телекомуникациите, както и в промишленото производство. Въвеждането на лазери със свойства, подобни на тези на живите системи, ще даде възможност за разработване на здрави, автономни и издръжливи материали и устройства от следващо поколение за сензорни приложения, неконвенционални изчисления, нови източници на светлина и дисплеи."

След това екипът ще проучи как да подобри автономното поведение на лазерите, за да ги направи още по-наподобяващи живота. Първото приложение на технологията може да бъде за електронно мастило от следващо поколение за интелигентни дисплеи.

Справка: “Self-organized lasers from reconfigurable colloidal assemblies” by Manish Trivedi, Dhruv Saxena, Wai Kit Ng, Riccardo Sapienza and Giorgio Volpe, 14 July 2022, Nature Physics.
DOI: 10.1038/s41567-022-01656-2

Източник: ‘Life-like’ lasers can self-organise, adapt their structure, and cooperate
Hayley Dunning, Imperial College London


Няма коментари към тази новина !

 
Още от : Новини
Всички текстове и изображения публикувани в OffNews.bg са собственост на "Офф Медия" АД и са под закрила на "Закона за авторското право и сродните им права". Използването и публикуването на част или цялото съдържание на сайта без разрешение на "Офф Медия" АД е забранено.