Microparticelle che si raggruppano attorno a una particella Janus. La linea tratteggiata delinea l'area laser e le linee rosa/gialle mostrano le tracce di diverse microparticelle. Credito:Imperial College London
Imitando le caratteristiche dei sistemi viventi, i laser auto-organizzanti potrebbero portare a nuovi materiali per il rilevamento, l'informatica, le sorgenti luminose e i display.
Sebbene molti materiali artificiali abbiano proprietà avanzate, hanno ancora molta strada da fare per combinare la versatilità e la funzionalità dei materiali viventi che possono adattarsi alla loro situazione. Ad esempio, nel corpo umano ossa e muscoli riorganizzano continuamente la loro struttura e composizione per sostenere meglio il cambiamento di peso e livello di attività.
Ora, i ricercatori dell'Imperial College London e dell'University College London hanno dimostrato il primo dispositivo laser ad auto-organizzazione spontanea, in grado di riconfigurarsi al variare delle condizioni.
L'innovazione, riportata in Fisica della natura , contribuirà a consentire lo sviluppo di materiali fotonici intelligenti in grado di imitare meglio le proprietà della materia biologica, come la reattività, l'adattamento, l'autoguarigione e il comportamento collettivo.
Il co-autore principale, il professor Riccardo Sapienza, del Dipartimento di Fisica dell'Imperial, afferma che "i laser, che alimentano la maggior parte delle nostre tecnologie, sono progettati da materiali cristallini per avere proprietà statiche e precise. Ci siamo chiesti se potevamo creare un laser con la capacità di fondere struttura e funzionalità, di riconfigurarsi e collaborare come fanno i materiali biologici."
"Il nostro sistema laser può riconfigurarsi e collaborare, consentendo così un primo passo verso l'emulazione del rapporto in continua evoluzione tra struttura e funzionalità tipico dei materiali viventi."
Credito:Imperial College London
I laser sono dispositivi che amplificano la luce per produrre una forma speciale di luce. I laser autoassemblanti nell'esperimento del team consistevano in microparticelle disperse in un liquido con un "guadagno" elevato, la capacità di amplificare la luce. Una volta che un numero sufficiente di queste microparticelle si raccolgono, possono sfruttare l'energia esterna per "lase" - produrre luce laser.
Un laser esterno è stato utilizzato per riscaldare una particella "Janus" (una particella rivestita su un lato di materiale che assorbe la luce), attorno alla quale si sono raccolte le microparticelle. Il laser creato da questi cluster di microparticelle può essere attivato e disattivato modificando l'intensità del laser esterno, che a sua volta controlla le dimensioni e la densità del cluster.
Il team ha anche mostrato come l'ammasso laser potrebbe essere trasferito nello spazio riscaldando diverse particelle di Janus, dimostrando l'adattabilità del sistema. Le particelle Janus possono anche collaborare, creando ammassi che hanno proprietà oltre alla semplice aggiunta di due ammassi, come cambiare la loro forma e aumentare il loro potere laser.
Il co-autore principale, il dott. Giorgio Volpe, del Dipartimento di Chimica dell'UCL, afferma che "oggi i laser sono usati naturalmente in medicina, telecomunicazioni e anche nella produzione industriale. Incorporare laser con proprietà realistiche consentirà lo sviluppo di materiali e dispositivi di nuova generazione robusti, autonomi e durevoli per applicazioni di rilevamento, informatica non convenzionale, nuove sorgenti luminose e display."
Successivamente, il team studierà come migliorare il comportamento autonomo dei laser per renderli ancora più realistici. Una prima applicazione della tecnologia potrebbe essere per gli inchiostri elettronici di prossima generazione per display intelligenti. + Esplora ulteriormente
