自己組織化して適応・協働する「生きているような」レーザー (‘Life-like’ lasers can self-organise, adapt their structure, and cooperate)

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2022-07-14 英国・インペリアル・カレッジ・ロンドン(ICL)

・ ICL とユニヴァーシティ・カレッジ・ロンドン(UCL)が、条件に合わせて自発的に自己組織化するレーザーデバイスを初めて実証。
・ 応答性、適応性、自己修復力や集合挙動等の生体物質の特性を模倣する、スマートなフォトニック材料開発の一助となる。
・ 人工的な材料は高度な特性を備えるが、環境に適応できる生体材料の汎用性と機能性の統合は実現されていない。例えば、人間の身体の骨や筋肉は常に構造や組成を再構築することで、変化する体重や活動レベルを維持している。
・ 新レーザーデバイスは、高い利得(光増幅能力)の液体に分散したマイクロ粒子で構成され、集合したこれらのマイクロ粒子が外部エネルギーを使ってレーザー光を発する。
・ マイクロ粒子に囲まれたヤヌス粒子(片面を光吸収材料でコーティングした粒子)を外部レーザーで加熱し、その強度を変えることで、マイクロ粒子クラスターの発するレーザー光のオンオフが切り替えられ、同時にクラスターのサイズと密度を制御する。
・ また、別のヤヌス粒子の加熱により、レーザー光を発するマイクロ粒子クラスターを移動させることもでき、新レーザーシステムの適応性を提示。ヤヌス粒子は協働することも可能で、クラスター形状の変更やレーザー光の強度の向上等、2 個のクラスターを合わせた特性を超えるクラスターを作ることもできる。
・ 医療、電気通信や工業生産で一般的に使用されているレーザー光に自律的な特性を持たせることで、センシングアプリケーション、非従来型のコンピューティング、新しい光源やディスプレイに向けた強力で自律的、高耐久性の次世代材料やデバイスの開発が期待できる。
・ 次は、レーザー光の自律的挙動をより生物に近いものにする方法を探る。最初のアプリケーションとしては、スマートディスプレイの次世代電子インクが可能。
URL: https://www.imperial.ac.uk/news/238152/lifelike-lasers-selforganise-adapt-their-structure/

<NEDO海外技術情報より>

関連情報

Nature Physics 掲載論文(アブストラクトのみ:全文は有料)
Self-organized lasers from reconfigurable colloidal assemblies
URL: https://www.nature.com/articles/s41567-022-01656-2

Abstract

Non-equilibrium assemblies, where units are able to harness available energy to perform tasks, can often self-organize into dynamic materials that uniquely blend structure with functionality and responsiveness to their environment. The integration of similar features in photonic materials remains challenging but is desirable to manufacture active, adaptive and autonomous photonic devices. Here we show the self-organization of programmable random lasers from the reversible out-of-equilibrium self-assembly of colloids. The random lasing originates from the optical amplification of light undergoing multiple scattering within the dissipative colloidal assemblies and therefore depends crucially on their self-organization behaviour. Under external light stimuli, these dynamic random lasers are responsive and present a continuously tuneable laser threshold. They can therefore reconfigure and cooperate by emulating the ever-evolving spatiotemporal relationship between structure and functionality that is typical of many non-equilibrium assemblies.

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