Forskere låner nanoskala-tricks fra fuglefjer for at forsøge at skabe nye typer lasere, der kan samles selv ved naturlige processer.
Forskere ved Yale University undersøger, hvordan to typer nanoskala-strukturer på fuglernes fjer producerer strålende og karakteristiske farver. Forskerne håber, at de ved at låne disse nanoskala-tricks fra naturen vil være i stand til at producere nye typer lasere - dem, der kan samles selv ved naturlige processer.
Dette er en netværkslaser baseret på fjer med nanostrukturen af kanaltypen. Denne laser består af sammenkoblende nano-kanaler (hvid) i en halvledermembran. (Målestang = 2 mikrometer.) Billedet er tilladt af Hui Cao Research Laboratory / Yale University
Nanaoscales-strukturer, usynligt små, måles i nanometer. En nanometer er lig med en milliardedel af en meter. Når tingene er så små, kan du ikke se dem med dine øjne eller endda et lysmikroskop. Objekter denne lille kræver et specielt værktøj kaldet et scanningssonden mikroskop
Mange af de farver, der vises i naturen, er skabt af nanoskala-strukturer, der spreder lys stærkt ved specifikke frekvenser. I nogle tilfælde skaber disse strukturer iriserende virkning, hvor farver ændrer sig med synsvinklen - som de skiftende regnbuer på en sæbeboble. I andre tilfælde er de nuancer, der produceres af strukturerne, stabile og uforanderlige. Mekanismen, hvormed vinkeluafhængige farver produceres, stumpede forskere i 100 år
Billed med tilladelse fra Ken Thomas
Ved første øjekast syntes disse stabile nuancer at være produceret af et tilfældigt virvar af proteiner. Men da forskere zoomede ind på små dele af proteinet ad gangen, begyndte kvasi-ordrede mønstre at dukke op. Forskerne fandt, at det er denne rækkefølge på kort afstand, der fortrinsvis spreder lys ved specifikke frekvenser for at producere de karakteristiske nuancer af en blåfugls vinger, for eksempel.
Inspireret af fjer skabte Yale-fysikerne to lasere, der bruger denne rækkevidde til at kontrollere lys.
Hvad der gør disse korte rækkevidde, bioinspirerede strukturer forskellige fra traditionelle lasere, er, at de i princippet kan samles selv gennem naturlige processer, der ligner dannelsen af gasbobler i en væske. Dette betyder, at ingeniører ikke behøver at bekymre sig om nanofabrikation af den store skala af de materialer, de designer, hvilket resulterer i billigere, hurtigere og lettere produktion af lasere og lysemitterende enheder.
Dette er en nærbillede af en bagkontur fjerhår fra en mandlig østlig blåfugl; demonstrerer et protein med nanostruktur af kanaltype. (Målestang = 500 nanometer.). Billedet med tilladelse fra Richard Prum Lab / Yale University.
En potentiel anvendelse til dette arbejde inkluderer mere effektive solceller, der kan fange fotoner, før de konverteres til elektroner. Teknologien kunne også give langvarig maling, som kunne finde anvendelse i processer som kosmetik og iler. ”Kemisk maling vil altid falme,” siger hovedforfatter Hui Cao. Men en fysisk "maling", hvis nanostruktur bestemmer dens farve, ændrer sig aldrig. Cao beskriver en 40 millioner år gammel billefossil, som hendes laboratorium for nylig undersøgte, og som havde farveproducerende nanostrukturer. ”Med mine øjne kan jeg stadig se farven,” sagde hun. ”Det varer virkelig meget lang tid.”
Holdet vil præsentere deres konklusioner på Optical Society (OSA) årsmøde, Frontiers in Optics (FiO) 2011 i San Jose, Californien i oktober 2011.
Fotokredit: Ana_Cotta
Bundlinjen: Forskere ved Yale University udvikler en ny type laser inspireret af nanoskala-strukturer i fuglefjere, der kan samles selv ved naturlige processer.