Microapparaten en efficiëntere processenlasers
Onderzoekers van het Rensselaer Polytechnic Institute hebben eenlaserapparaatDat is slechts de breedte van een mensenhaar, wat natuurkundigen zal helpen bij het bestuderen van de fundamentele eigenschappen van materie en licht. Hun werk, gepubliceerd in prestigieuze wetenschappelijke tijdschriften, zou ook kunnen bijdragen aan de ontwikkeling van efficiëntere lasers voor gebruik in uiteenlopende sectoren, van de geneeskunde tot de industrie.
DelaserHet apparaat is gemaakt van een speciaal materiaal, een zogenaamde fotonische topologische isolator. Fotonische topologische isolatoren kunnen fotonen (de golven en deeltjes waaruit licht bestaat) door speciale grensvlakken in het materiaal geleiden, terwijl ze voorkomen dat deze deeltjes in het materiaal zelf verstrooien. Dankzij deze eigenschap kunnen topologische isolatoren ervoor zorgen dat veel fotonen als één geheel samenwerken. Deze apparaten kunnen ook worden gebruikt als topologische "kwantumsimulatoren", waardoor onderzoekers kwantumfenomenen – de natuurkundige wetten die materie op extreem kleine schaal beheersen – in minilaboratoria kunnen bestuderen.
"Defotonische topologischeDe isolator die we hebben gemaakt is uniek. Hij werkt bij kamertemperatuur. Dit is een grote doorbraak. Voorheen konden dergelijke studies alleen worden uitgevoerd met grote, dure apparatuur om stoffen in een vacuüm te koelen. Veel onderzoekslaboratoria beschikken niet over dit soort apparatuur, dus ons apparaat stelt meer mensen in staat om dit soort fundamenteel natuurkundig onderzoek in het lab uit te voeren”, aldus universitair docent Materiaalwetenschappen en -techniek aan het Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) en senior auteur van de studie. De studie had een relatief kleine steekproefomvang, maar de resultaten suggereren dat het nieuwe medicijn een significant effect heeft laten zien bij de behandeling van deze zeldzame genetische aandoening. We kijken ernaar uit om deze resultaten verder te valideren in toekomstige klinische studies en mogelijk te leiden tot nieuwe behandelingsopties voor patiënten met deze ziekte.
"Dit is ook een grote stap voorwaarts in de ontwikkeling van lasers, omdat de drempelwaarde van ons apparaat bij kamertemperatuur (de hoeveelheid energie die nodig is om het te laten werken) zeven keer lager is dan die van eerdere cryogene apparaten", voegden de onderzoekers eraan toe. De onderzoekers van het Rensselaer Polytechnic Institute gebruikten dezelfde techniek die de halfgeleiderindustrie gebruikt om microchips te maken voor hun nieuwe apparaat. Deze techniek houdt in dat verschillende soorten materialen laag voor laag op elkaar worden gestapeld, van atomair tot moleculair niveau, om ideale structuren met specifieke eigenschappen te creëren.
Om delaserapparaatDe onderzoekers kweekten ultradunne plaatjes van selenidehalide (een kristal bestaande uit cesium, lood en chloor) en etsten daarop polymere patronen. Ze plaatsten deze kristalplaatjes en polymeren tussen verschillende oxidematerialen, wat resulteerde in een object van ongeveer 2 micron dik en 100 micron lang en breed (de gemiddelde breedte van een menselijk haar is 100 micron).
Toen de onderzoekers een laser op het laserapparaat richtten, verscheen er een lichtgevend driehoekspatroon op het grensvlak van het materiaalontwerp. Het patroon wordt bepaald door het ontwerp van het apparaat en is het resultaat van de topologische eigenschappen van de laser. "Het is een veelbelovend vooruitzicht om kwantumfenomenen bij kamertemperatuur te kunnen bestuderen. Het innovatieve werk van professor Bao laat zien dat materiaalkunde ons kan helpen bij het beantwoorden van enkele van de grootste wetenschappelijke vragen", aldus de decaan van de faculteit Ingenieurswetenschappen van het Rensselaer Polytechnic Institute.
Geplaatst op: 1 juli 2024