Физиците разработват лазери, вдъхновени от птичи пера

Изследователи от Йейлския университет изучават как два вида наноразмерни структури върху перата на птиците произвеждат блестящи и отличителни цветове. Изследователите се надяват, че като заемат тези наноразмерни трикове от природата, те ще могат да произвеждат нови видове лазери - такива, които да се съберат чрез естествени процеси.

Това е мрежов лазер на базата на пера с наноструктура от канален тип. Този лазер се състои от взаимосвързващи се нано-канали (бели) в полупроводникова мембрана. (Мащабна лента = 2 микрометра.) С любезното съдействие на изследователската лаборатория Хуей Као / Йейлския университет

Структурите на наноразмери, невидимо малки, се измерват в нанометри. Нанометър е равен на една милиардна част от метър. Когато нещата са толкова малки, не можете да ги видите с очите си или дори с лек микроскоп. Обектите на този малък изискват специален инструмент, наречен микроскоп за сканираща сонда

Много от цветовете, показани в природата, са създадени от наноразмерни структури, които разпръскват светлина силно при определени честоти. В някои случаи тези структури създават иридесценция, при която цветовете се променят с ъгъла на оглед - като разместващите се дъги върху сапунен мехур. В други случаи оттенъците, произвеждани от структурите, са стабилни и непроменени. Механизмът, по който се произвеждат независими от ъглите цветове, се спъват учените в продължение на 100 години

С любезното съдействие на Кен Томас

На пръв поглед изглежда, че тези устойчиви нюанси са били произведени от случайна смесица от протеини. Но когато изследователите увеличават мащабните части на протеина наведнъж, започват да се появяват квази подредени модели. Учените откриха, че именно този ред на къси разстояния разпръсква светлината за предпочитане при определени честоти, за да произведе отличителните нюанси на крилата на синята птица, например.

Вдъхновени от пера, физиците от Йейл създадоха два лазера, които използват този ред за късо разстояние за контрол на светлината.
Това, което прави тези късо подредени био-вдъхновени структури различни от традиционните лазери е, че по принцип те могат да се самосглобяват чрез естествени процеси, подобни на образуването на газови мехурчета в течност. Това означава, че инженерите не би трябвало да се притесняват от нанофабриката на мащабната структура на материалите, които проектират, което води до по-евтино, по-бързо и по-лесно производство на лазери и светлинни устройства.

Това е близък план на задна контурна перушина от мъжки източен синя птица; демонстрира протеин с наноструктура от канален тип. (Скала = 500 нанометра.) С любезното съдействие на лабораторията Ричард Пръм / Йейлския университет

Едно потенциално приложение за тази работа включва по-ефективни слънчеви клетки, които могат да улавят фотоните, преди да ги преобразуват в електрони. Технологията може също да доведе до дълготрайна боя, която може да намери приложение в процеси като козметика и текстил. „Химическата боя винаги ще избледнява“, казва водещият автор Хуей Цао. Но физическата "боя", чиято наноструктура определя цвета й, никога няма да се промени. Цао описва 40-милионна изкопаемост на бръмбари, която лабораторията й е изследвала наскоро и на която има наноструктури, произвеждащи цвят. "С очите си все още виждам цвета", каза тя. "Това наистина трае много дълго време."

Екипът ще представи своите открития на годишната среща на Оптическото общество (OSA), Frontiers in Optics (FiO) 2011 в Сан Хосе, Калифорния през октомври 2011 г.

Жанин Бенюс за биомимикрията за решаване на човешки проблеми

Кредит за снимка: Ana_Cotta

Долен ред: Изследователи от Йейлския университет разработват нов тип лазер, вдъхновен от наноразмерни структури в птичи пера, които могат да се сглобяват чрез естествени процеси.

Чрез Оптическото общество на Америка