โปรตีนเรืองแสงจากแมงกะพรุนที่ปลูกในแบคทีเรียถูกนำมาใช้เพื่อสร้างเลเซอร์เป็นครั้งแรกตามการศึกษาใหม่
ความก้าวหน้าแสดงให้เห็นถึงความก้าวหน้าที่สำคัญในโพลาริตตันที่เรียกว่าเลเซอร์นักวิจัยกล่าว เลเซอร์เหล่านี้มีศักยภาพที่จะมีประสิทธิภาพและกะทัดรัดมากกว่าแบบทั่วไปและสามารถเปิดลู่ทางการวิจัยในวิชาฟิสิกส์ควอนตัมและการคำนวณทางแสง
เลเซอร์โพลาติงแบบดั้งเดิมที่ใช้เซมิคอนดักเตอร์อนินทรีย์จะต้องเย็นลงถึงอุณหภูมิต่ำอย่างไม่น่าเชื่อ การออกแบบล่าสุดขึ้นอยู่กับวัสดุอิเล็กทรอนิกส์อินทรีย์เช่นเดียวกับที่ใช้ในจอแสดงผลไดโอดเปล่งแสงอินทรีย์ (OLED) ทำงานที่อุณหภูมิห้อง แต่ต้องใช้พลังงานจาก picosecond (หนึ่งล้านล้านของวินาที) พัลส์ของแสง -ข้อเท็จจริงทางวิทยาศาสตร์หรือนิยาย? ความน่าเชื่อถือของ 10 แนวคิดไซไฟ-
ด้วยการเปลี่ยนโปรตีนฟลูออเรสเซนต์ที่ปฏิวัติการถ่ายภาพชีวการแพทย์และอนุญาตให้นักวิทยาศาสตร์ตรวจสอบกระบวนการภายในเซลล์ทีมได้สร้างเลเซอร์โพลาริตตันที่ทำงานที่อุณหภูมิห้องที่ขับเคลื่อนโดยพัลส์นาโนวินาที
“ พัลส์ Picosecond ของพลังงานที่เหมาะสมนั้นยากกว่าหนึ่งพันปีที่จะทำมากกว่าพัลส์นาโนวินาทีดังนั้นมันจึงทำให้เลเซอร์โพลาริตตันง่ายขึ้นอย่างมาก” Malte Gather ศาสตราจารย์ในโรงเรียนฟิสิกส์และดาราศาสตร์ที่มหาวิทยาลัยเซนต์แอนดรูในสกอตแลนด์
Gather บอกกับ Science Live ว่ามีการใช้โปรตีนฟลูออเรสเซนต์เป็นเครื่องหมายในเซลล์ที่มีชีวิตหรือการใช้ชีวิตของเนื้อเยื่อมาก่อน แต่ตอนนี้นักวิจัยได้เริ่มใช้เป็นวัสดุ “ งานนี้แสดงให้เห็นเป็นครั้งแรกที่โครงสร้างโมเลกุลของพวกเขาเป็นที่นิยมสำหรับการทำงานที่ความสว่างสูง - เช่นที่จำเป็นสำหรับการเปลี่ยนพวกเขาให้กลายเป็นเลเซอร์” เขากล่าว
แบคทีเรียดัดแปลงพันธุกรรม
รวมตัวกันและเพื่อนร่วมงานจากมหาวิทยาลัยWürzburgและมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเดรสเดนทั้งในประเทศเยอรมนีวิศวกรรมพันธุกรรมแบคทีเรียอีโคไลเพื่อผลิตโปรตีนเรืองแสงสีเขียว (EGFP)
นักวิจัยเติมเต็ม microcavities ด้วยโปรตีนนี้ก่อนที่จะให้พวกเขา "การสูบน้ำแบบออพติคอล" ซึ่งมีการใช้แสงของแสงนาโนวินาทีเพื่อนำระบบขึ้นไปตามที่ต้องการพลังงานในการสร้างแสงเลเซอร์-
ที่สำคัญหลังจากถึงเกณฑ์สำหรับการวาง polariton การสูบพลังงานเข้าไปในอุปกรณ์มากขึ้นส่งผลให้เกิดการ lasing ทั่วไป สิ่งนี้จะช่วยยืนยันการปล่อยก๊าซครั้งแรกเกิดจากการวางโพลาริตอน Gather กล่าวซึ่งเป็นวิธีการอื่น ๆ ที่ใช้วัสดุอินทรีย์ไม่สามารถแสดงให้เห็นได้
เลเซอร์ทั่วไปสร้างคานที่เข้มข้นของพวกเขาโดยใช้ประโยชน์จากความจริงที่ว่าโฟตอนสามารถขยายได้ด้วยอะตอมที่ตื่นเต้นในเลเซอร์ที่เรียกว่า "Gain Medium" โดยทั่วไปจะทำจากวัสดุอนินทรีย์เช่นแว่นตาคริสตัลหรือแกลเลียมเซมิคอนดักเตอร์-
แสงเลเซอร์ Polariton แทบจะแยกไม่ออกจากแสงเลเซอร์ทั่วไป แต่กระบวนการทางกายภาพที่สร้างขึ้นนั้นขึ้นอยู่กับปรากฏการณ์ควอนตัมเพื่อขยายแสง
การดูดซับซ้ำและการปล่อยโฟตอนอีกครั้งโดยอะตอมหรือโมเลกุลในตัวกลาง Gain ทำให้เกิด quasiparticles ที่เรียกว่า polaritons ในเงื่อนไขบางประการ - ก่อนระดับพลังงานที่จำเป็นสำหรับการ lasing แบบดั้งเดิม - โพลานิตส์ซิงโครไนซ์เป็นข้อต่อสถานะควอนตัมเรียกว่าคอนเดนเสทซึ่งให้แสงเลเซอร์
เลเซอร์ทั่วไปต้องการอะตอมมากกว่าครึ่งในตัวกลาง Gain เพื่อเข้าสู่สถานะที่ตื่นเต้นก่อนที่จะผลิตแสงเลเซอร์ นี่ไม่ใช่กรณีในเลเซอร์โพลาติงซึ่งหมายความว่าในทางทฤษฎีแล้วพวกเขาต้องการพลังงานน้อยกว่าที่จะสูบเข้าสู่ระบบนักวิจัยกล่าว
นวัตกรรมเลเซอร์
จากการรวบรวมหนึ่งในข้อได้เปรียบที่สำคัญของวิธีการใหม่คือส่วนที่เปล่งแสงของโมเลกุลโปรตีนได้รับการปกป้องภายในเปลือกทรงกระบอกขนาดนาโนเมตรซึ่งป้องกันไม่ให้พวกเขารบกวนซึ่งกันและกัน
สิ่งนี้เอาชนะปัญหาสำคัญที่เกิดขึ้นก่อนหน้านี้การออกแบบก่อนหน้านี้StéphaneKéna-Cohen ผู้ช่วยศาสตราจารย์ในภาควิชาฟิสิกส์วิศวกรรมของ Polytechnique Montréalในแคนาดาซึ่งทำงานเกี่ยวกับเลเซอร์โพลานิตอนออร์แกนิก แต่ไม่ได้เกี่ยวข้องกับการศึกษาใหม่
“ สิ่งนี้ช่วยให้เลเซอร์ทำงานด้วยพัลส์ปั๊มที่ยาวขึ้นซึ่งง่ายต่อการสร้างและช่วยให้การใช้งานง่ายขึ้น” Kéna-Cohen กล่าวกับ Live Science "ในขณะนี้ความท้าทายมากมายยังคงอยู่เพื่อให้เลเซอร์ดังกล่าวมีประโยชน์เพราะเกณฑ์ [การกระตุ้น] สูงมาก แต่เป็นแพลตฟอร์มที่น่าสนใจสำหรับการศึกษาฟิสิกส์ที่ปกติเกิดขึ้นที่อุณหภูมิสูงเท่านั้น"
Gather กล่าวว่าฟิสิกส์พื้นฐานแนะนำการปรับปรุงการออกแบบในที่สุดควรอนุญาตให้เลเซอร์โพลาริตตันที่มีเกณฑ์ที่ต่ำกว่าอย่างมากซึ่งจะช่วยให้พวกเขามีประสิทธิภาพและกะทัดรัดมากขึ้น
สิ่งนี้ทำให้การศึกษาใหม่มีแนวโน้มว่าจะใช้การคำนวณแบบออพติคอลเขากล่าวและเลเซอร์ขนาดเล็กที่อยู่บนพื้นฐานของวัสดุชีวภาพอาจถูกฝังในร่างกายมนุษย์เพื่อการใช้งานทางการแพทย์ ในระหว่างนี้เขาเสริมว่าพวกเขาเป็นรูปแบบที่มีประโยชน์สำหรับการตรวจสอบคำถามพื้นฐานในฟิสิกส์ควอนตัม
ผลการศึกษาใหม่ได้รับการตีพิมพ์ออนไลน์วันนี้ (19 ส.ค. ) ในวารสารวิทยาศาสตร์ก้าวหน้า-
บทความต้นฉบับเกี่ยวกับวิทยาศาสตร์สด-
