Genom att efterlikna egenskaper hos levande system kan självorganiserande lasrar leda till nya material för avkänning, beräkning, ljuskällor och skärmar.

Även om många konstgjorda material har avancerade egenskaper, har de en lång väg kvar att gå för att kombinera mångsidigheten och funktionaliteten hos levande material som kan anpassa sig till deras situation. Till exempel, i människokroppen omorganiserar ben och muskler kontinuerligt sin struktur och sammansättning för att bättre upprätthålla förändrad vikt och aktivitetsnivå.

Nu har forskare från Imperial College London och University College London demonstrerat den första spontant självorganiserande laserenheten, som kan omkonfigureras när förhållandena ändras.

Innovationen, rapporterad i Nature Physics , kommer att hjälpa till att möjliggöra utvecklingen av smarta fotoniska material som bättre kan efterlikna egenskaper hos biologisk materia, såsom lyhördhet, anpassning, självläkning och kollektivt beteende.

Medförfattare professor Riccardo Sapienza, från Institutionen för fysik vid Imperial, säger att "lasrar, som driver de flesta av våra teknologier, är designade av kristallina material för att ha exakta och statiska egenskaper. Vi frågade oss själva om vi kunde skapa en laser med förmågan att blanda struktur och funktionalitet, att omkonfigurera sig själv och samarbeta som biologiska material gör."

"Vårt lasersystem kan omkonfigureras och samarbeta, vilket möjliggör ett första steg mot att efterlikna det ständigt föränderliga förhållandet mellan struktur och funktionalitet som är typiskt för levande material."

Lasrar är enheter som förstärker ljus för att producera en speciell form av ljus. De självmonterande lasrarna i teamets experiment bestod av mikropartiklar dispergerade i en vätska med hög "gain" - förmågan att förstärka ljus. När tillräckligt mycket av dessa mikropartiklar samlas ihop kan de utnyttja extern energi för att "lasera" – producera laserljus.

En extern laser användes för att värma upp en "Janus"-partikel (en partikel belagd på ena sidan med ljusabsorberande material), runt vilken mikropartiklarna samlades. Lasringen som skapades av dessa mikropartikelkluster kunde slås på och av genom att ändra intensiteten på den externa lasern, vilket i sin tur styrde klustrets storlek och densitet.

Teamet visade också hur lasrklustret kan överföras i rymden genom att värma upp olika Janus-partiklar, vilket visar systemets anpassningsförmåga. Janus-partiklar kan också samarbeta och skapa kluster som har egenskaper utöver att bara lägga till två kluster, som att ändra sin form och öka sin laserkraft.

Medförfattare Dr. Giorgio Volpe, från Institutionen för kemi vid UCL, säger att "nuförtiden används lasrar som en självklarhet inom medicin, telekommunikation och även i industriell produktion. Genom att förkroppsliga lasrar med verklighetstrogna egenskaper kommer det att möjliggöra utvecklingen av robusta, autonoma och hållbara nästa generations material och enheter för avkänningstillämpningar, icke-konventionella datorer, nya ljuskällor och skärmar."

Därefter kommer teamet att studera hur man kan förbättra lasrarnas autonoma beteende för att göra dem ännu mer verklighetstrogna. En första tillämpning av tekniken kan vara nästa generations elektroniska bläck för smarta skärmar. + Utforska vidare

Ny enlägeshalvledarlaser ger kraft med skalbarhet