دستگاه‌های میکرو و لیزرهای کارآمدتر

دستگاه‌های میکرو و کارآمدترلیزرها
محققان موسسه پلی‌تکنیک رنسلر روشی ابداع کرده‌انددستگاه لیزراین تنها به اندازه عرض یک تار موی انسان است که به فیزیکدانان کمک می‌کند تا خواص بنیادی ماده و نور را مطالعه کنند. کار آنها که در مجلات علمی معتبر منتشر شده است، همچنین می‌تواند به توسعه لیزرهای کارآمدتر برای استفاده در زمینه‌های مختلف از پزشکی گرفته تا تولید کمک کند.

لیزراین دستگاه از ماده‌ی خاصی به نام عایق توپولوژیکی فوتونی ساخته شده است. عایق‌های توپولوژیکی فوتونی قادرند فوتون‌ها (امواج و ذراتی که نور را تشکیل می‌دهند) را از طریق رابط‌های ویژه درون ماده هدایت کنند، در حالی که از پراکندگی این ذرات در خود ماده جلوگیری می‌کنند. به دلیل این ویژگی، عایق‌های توپولوژیکی به بسیاری از فوتون‌ها این امکان را می‌دهند که به عنوان یک کل با هم کار کنند. این دستگاه‌ها همچنین می‌توانند به عنوان «شبیه‌سازهای کوانتومی توپولوژیکی» مورد استفاده قرار گیرند و به محققان اجازه می‌دهند پدیده‌های کوانتومی - قوانین فیزیکی که ماده را در مقیاس‌های بسیار کوچک کنترل می‌کنند - را در آزمایشگاه‌های کوچک مطالعه کنند.
«توپولوژیکی فوتونیکعایقی که ما ساختیم منحصر به فرد است. در دمای اتاق کار می‌کند. این یک پیشرفت بزرگ است. پیش از این، چنین مطالعاتی فقط با استفاده از تجهیزات بزرگ و گران‌قیمت برای خنک کردن مواد در خلاء قابل انجام بود. بسیاری از آزمایشگاه‌های تحقیقاتی این نوع تجهیزات را ندارند، بنابراین دستگاه ما افراد بیشتری را قادر می‌سازد تا این نوع تحقیقات فیزیک بنیادی را در آزمایشگاه انجام دهند. این مطالعه حجم نمونه نسبتاً کمی داشت، اما نتایج نشان می‌دهد که داروی جدید اثربخشی قابل توجهی در درمان این اختلال ژنتیکی نادر نشان داده است. ما مشتاقانه منتظر اعتبارسنجی بیشتر این نتایج در آزمایشات بالینی آینده هستیم و به طور بالقوه منجر به گزینه‌های درمانی جدید برای بیماران مبتلا به این بیماری خواهیم شد. اگرچه حجم نمونه مطالعه نسبتاً کم بود، اما یافته‌ها نشان می‌دهد که این داروی جدید اثربخشی قابل توجهی در درمان این اختلال ژنتیکی نادر نشان داده است. ما مشتاقانه منتظر اعتبارسنجی بیشتر این نتایج در آزمایشات بالینی آینده هستیم و به طور بالقوه منجر به گزینه‌های درمانی جدید برای بیماران مبتلا به این بیماری خواهیم شد.
محققان افزودند: «این همچنین یک گام بزرگ رو به جلو در توسعه لیزرها است زیرا آستانه دستگاه ما در دمای اتاق (مقدار انرژی مورد نیاز برای کار کردن آن) هفت برابر کمتر از دستگاه‌های برودتی قبلی است.» محققان موسسه پلی‌تکنیک رنسلر از همان تکنیکی که توسط صنعت نیمه‌هادی برای ساخت میکروچیپ‌ها استفاده می‌شود، برای ساخت دستگاه جدید خود استفاده کردند که شامل روی هم قرار دادن انواع مختلف مواد به صورت لایه به لایه، از سطح اتمی تا مولکولی، برای ایجاد ساختارهای ایده‌آل با خواص خاص است.
برای ساختنِدستگاه لیزرمحققان صفحات فوق نازکی از سلنید هالید (کریستالی متشکل از سزیم، سرب و کلر) را رشد داده و پلیمرهای الگودار را روی آنها حکاکی کردند. آنها این صفحات کریستالی و پلیمرها را بین مواد اکسیدی مختلف قرار دادند و در نتیجه جسمی با ضخامت حدود ۲ میکرون و طول و عرض ۱۰۰ میکرون ایجاد شد (میانگین عرض موی انسان ۱۰۰ میکرون است).
وقتی محققان لیزر را به دستگاه لیزر تاباندند، یک الگوی مثلثی درخشان در رابط طراحی مواد ظاهر شد. این الگو توسط طراحی دستگاه تعیین می‌شود و نتیجه ویژگی‌های توپولوژیکی لیزر است. رئیس دانشکده مهندسی موسسه پلی‌تکنیک رنسلر گفت: «توانایی مطالعه پدیده‌های کوانتومی در دمای اتاق، چشم‌انداز هیجان‌انگیزی است. کار نوآورانه پروفسور بائو نشان می‌دهد که مهندسی مواد می‌تواند به ما در پاسخ به برخی از بزرگترین سوالات علم کمک کند.»