新型激光器可以像生命系统一样自我组织、适应和协同工作

2022年07月26日 10:10 次阅读 稿源:cnBeta.COM 条评论

虽然许多人造材料具有先进的特性,但它们想要结合能适应其情况的活体材料的多功能性和功能则还有很长的路要走。例如在人体中,骨骼和肌肉不断重组其结构和组成以更好地维持不断变化的体重和活动水平。

现在,科学家们已经展示了第一个自发的自组织激光设备,它可以在条件改变时重新配置。

这项创新将有助于开发能更好地模仿生物物质特性如反应性、适应性、自我修复和集体行为的智能光子材料。来自伦敦帝国学院和伦敦大学学院(UCL)的研究人员于7月14日在《Nature Physics》上报告了这一发现。

这项研究的论文共同第一作者、来自帝国理工学院物理系的Riccardo Sapienza教授表示:“为我们大多数技术提供动力的激光器是由晶体材料设计的,其具有精确和静态的特性。我们问自己,我们是否能够创造一种激光器使其具有融合结构和功能的能力,并能像生物材料那样重新配置自己和合作。我们的激光系统可以重新配置和合作从而使我们朝着模拟生物材料典型的结构和功能之间不断发展的关系迈出了第一步。”

激光器是将光放大以产生一种特殊形式的光的装置。在该团队的实验中,自组装激光器由分散在液体中的具有高“增益”--放大光的能力--的微粒子组成。在足够多的这些微粒子聚集在一起后,它们可以利用外部能量来“发光”--产生激光。

一个外部激光器被用来加热一个“Janus”粒子(一个一侧涂有吸光材料的粒子),微粒子聚集在其周围。通过改变外部激光的强度,这些微粒子集群产生的发光可以被打开和关闭,而这反过来又可以控制集群的大小和密度。

研究小组还演示了如何通过加热不同的Janus粒子在空间转移发光团并揭示了该系统的适应性。此外,Janus粒子还可以进行协作并创造出具有超越两个集群简单相加的特性的集群,如改变它们的形状和提高它们的发光功率。

研究论文共同第一作者、伦敦大学化学系的Giorgio Volpe博士指出:“如今,激光被理所当然地用于医学、电信以及工业生产中。体现出具有生命力的激光器将能够开发出坚固、自主和耐用的下一代材料和设备,以用于传感应用、非常规计算、新型光源和显示。”

接下来,研究小组计划研究如何改进激光器的自主行为进而使其更加贴近生活。该技术的第一个应用可能是用于智能显示器的下一代电子油墨。

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