Yeni bir araştırmaya göre, ilk defa bir lazer yaratmak için, bakterilerde yetiştirilen denizanasından elde edilen floresan proteinleri kullanılmıştır.
Araştırmacılar, atılımın sözde polariton lazerlerde büyük bir ilerlemeyi temsil ettiğini söyledi. Araştırmacılar, bu lazerlerin konvansiyonellerden çok daha verimli ve kompakt olma potansiyeline sahip olduğunu ve kuantum fiziği ve optik hesaplama alanında araştırma yollarını açabileceğini söyledi.
İnorganik yarı iletkenler kullanan geleneksel polariton lazerler inanılmaz derecede düşük sıcaklıklara soğutulmalıdır. Organik ışık yayan diyot (OLED) ekranlarında kullanılanlar gibi, organik elektronik malzemelere dayanan daha yeni tasarımlar, oda sıcaklığında çalışmaktadır, ancak ışığın picosecond (bir saniyenin bir trilyonuncu) darbeleriyle güçlendirilmesi gerekmektedir. [Bilim Gerçeği veya Kurgu? 10 Bilim Kurgu Kavramının Makuliyeti]
Biyomedikal görüntülemede devrim yaratan flüoresan proteinleri yeniden tasarlayarak ve bilim adamlarının hücreler içindeki süreçleri izlemelerine izin vererek, ekip nanosaniye darbeleriyle çalışan oda sıcaklığında çalışan bir polariton lazeri yarattı - bir saniyenin yalnızca milyarda biri.
"Uygun bir enerjinin pikosaniye atımları nanosaniyoslu atımlardan bin kat daha zordur, bu yüzden bu polariton lazerleri oldukça anlamlı hale getirmeyi gerçekten kolaylaştırır," diyor St. Thomas Üniversitesinde Fizik ve Astronomi Fakültesi profesörü Malte Gather İskoçya'daki Andrews ve lazerin mucitlerinden biri.
WordsSideKick.com'a, floresan proteinlerin daha önce canlı hücrelerde veya yaşayan dokularda bir belirteç olarak kullanıldığını, ancak şimdi araştırmacıların bunları bir materyal olarak kullanmaya başladıklarını anlattı. “Bu çalışma ilk kez moleküler yapısının yüksek parlaklıktaki operasyon için elverişli olduğunu gösteriyor - örneğin, bunları lazerlere çevirmek için,” dedi.
Almanya'da, Würzburg Üniversitesi ve Dresden Teknoloji Üniversitesi'nden genetik mühendisliği yapılarak meslektaşları toplayın. E. coli bakterileri geliştirilmiş yeşil floresan protein (eGFP) üretmek için.
Araştırmacılar, optik mikro boşlukları bu proteinle doldurmadan önce "optik pompalamaya" tabi tutuyorlardı; burada, nanosaniye flaşları, sistemi lazer ışığı oluşturmak için gereken enerjiye getirmek için kullanıldı.
Önemli olarak, polariton lasing için eşiğe ulaştıktan sonra, cihaza daha fazla enerji pompalamak geleneksel lasing ile sonuçlandı. Bu, ilk emisyonun polariton lazimden kaynaklandığını doğrulamaya yardımcı olur, Gather, organik malzemeler kullanan diğer yaklaşımların şimdiye kadar gösteremediği bir şey olduğunu söyledi.
Konvansiyonel lazerler, lazerlerin sözde "kazanç ortamı" nda uyarılan atomlar tarafından çoğaltılabildiği gerçeğinden faydalanarak yoğun ışınlarını yaratırlar. Bu tipik olarak, gözlükler, kristaller veya galyum bazlı yarı iletkenler gibi inorganik malzemelerden yapılır.
Polariton lazer ışığı geleneksel lazer ışığından neredeyse ayırt edilemez, ancak onu yaratan fiziksel süreç ışığı yükseltmek için bir kuantum olgusuna dayanır.
Artan ortamdaki atomların veya moleküllerin tekrarlanan emilimi ve yeniden emisyonu, polariton adı verilen kuasipartiküllerin ortaya çıkmasına neden olur. Belirli koşullarda - konvansiyonel laserasyon için gereken enerji seviyesine ulaşılmadan önce - polaritonlar, lazer ışığı veren bir kondensat denilen bir ortak kuantum haline senkronize olurlar.
Geleneksel lazerler, lazer ışığı üretilmeden önce uyarılmış bir duruma girmek için kazanç ortamındaki atomların yarısından fazlasını gerektirir. Araştırmacılar, polariton lazerlerde böyle bir durum değil, bu da teoride, sisteme pompalanacak daha az enerji gerektirdiğini söylüyor.
Gather'e göre, yeni yaklaşımın en önemli avantajlarından biri, protein moleküllerinin ışık yayan kısmının, nanometre ölçekli silindirik bir kabuk içinde korunmalarıdır ki bu da birbirleriyle etkileşime girmelerini engeller.
Organik polariton lazerler üzerinde çalışmış fakat yeni çalışmaya katılmamış olan, Polytechnique Montréal'de Mühendislik Fiziği Bölümü'nde yardımcı doçent olan Stéphane Kéna-Cohen, önceki tasarımları rahatsız eden önemli bir sorunun üstesinden geldi.
Kéna-Cohen, WordsSideKick.com'a verdiği demeçte, "Bu, lazerin daha kolay pompa impulslarıyla çalışmasına olanak tanıyor, bu da daha kolay üretime ve daha basit uygulamalara olanak sağlıyor." "Şu anda, bu lazerlerin faydalı olması için birçok zorluk var. Çünkü [uyarma] eşiği çok yüksek, ancak bunlar normalde sadece ultra düşük sıcaklıklarda meydana gelen fizik çalışmaları için büyüleyici bir platform."
Temel fiziğin, tasarım geliştirmelerinin, nihayetinde daha düşük eşiklere sahip olan ve daha verimli ve kompakt olmalarına olanak tanıyan polariton lazerlere izin vermesi gerektiğini ileri sürdüğü belirtiliyor.
Bu, optik hesaplama alanı için umut verici yeni bir çalışma yapar ve biyomateryallere dayalı küçük bir lazer de tıbbi uygulamalar için insan vücuduna potansiyel olarak implante edilebilir.Bu arada, kuantum fiziğinde temel soruları araştırmak için yararlı bir model olduklarını sözlerine ekledi.
Yeni çalışmanın sonuçları, Science Advances dergisinde bugün online olarak yayınlandı (19 Ağustos).
Canlı Bilim ile ilgili orijinal makale.