Các nhà nghiên cứu đang mượn các thủ thuật nano từ lông chim để cố gắng tạo ra các loại laser mới có thể tự lắp ráp bằng các quy trình tự nhiên.
Các nhà nghiên cứu tại Đại học Yale đang nghiên cứu làm thế nào hai loại cấu trúc nano trên lông chim tạo ra màu sắc rực rỡ và đặc biệt. Các nhà nghiên cứu đang hy vọng rằng bằng cách mượn các thủ thuật nano này từ tự nhiên, họ sẽ có thể tạo ra các loại laser mới - loại có thể tự lắp ráp bằng các quy trình tự nhiên.
Đây là một laser mạng dựa trên lông vũ với cấu trúc nanô kiểu kênh. Laser này bao gồm các kênh nano liên kết (màu trắng) trong màng bán dẫn. (Thanh tỷ lệ = 2 micromet.) Hình ảnh lịch sự của Phòng thí nghiệm nghiên cứu Hui Cao / Đại học Yale
Các cấu trúc Nanaoscales, nhỏ vô hình, được đo bằng nanomet. Một nanomet bằng một phần tỷ mét. Khi mọi thứ còn nhỏ như vậy, bạn có thể nhìn thấy chúng bằng mắt hoặc thậm chí là kính hiển vi ánh sáng. Các vật thể nhỏ này đòi hỏi một công cụ đặc biệt gọi là kính hiển vi đầu dò quét
Nhiều màu sắc được hiển thị trong tự nhiên được tạo ra bởi các cấu trúc nano có khả năng tán xạ ánh sáng mạnh ở các tần số cụ thể. Trong một số trường hợp, các cấu trúc này tạo ra ánh kim, trong đó màu sắc thay đổi theo góc nhìn của hình ảnh giống như cầu vồng dịch chuyển trên bong bóng xà phòng. Trong các trường hợp khác, màu sắc được tạo ra bởi các cấu trúc là ổn định và không thay đổi. Cơ chế tạo ra các màu độc lập với góc được tạo ra trong 100 năm
Hình ảnh lịch sự của Ken Thomas
Thoạt nhìn, những màu sắc ổn định này dường như đã được tạo ra bởi một mớ protein ngẫu nhiên. Nhưng khi các nhà nghiên cứu phóng to các phần nhỏ của protein tại một thời điểm, các kiểu sắp xếp theo thứ tự bắt đầu xuất hiện. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng chính thứ tự tầm ngắn này sẽ tán xạ ánh sáng tốt hơn ở các tần số cụ thể để tạo ra màu sắc đặc biệt của một cánh bluebird, chẳng hạn.
Lấy cảm hứng từ lông vũ, các nhà vật lý Yale đã tạo ra hai tia laser sử dụng thứ tự tầm ngắn này để kiểm soát ánh sáng.
Điều làm cho các cấu trúc lấy cảm hứng sinh học có trật tự ngắn này khác với các loại laser truyền thống là về nguyên tắc, chúng có thể tự lắp ráp, thông qua các quá trình tự nhiên tương tự như sự hình thành bọt khí trong chất lỏng. Điều này có nghĩa là các kỹ sư sẽ không phải lo lắng về việc chế tạo nano cấu trúc quy mô lớn của vật liệu mà họ thiết kế, dẫn đến việc sản xuất laser và các thiết bị phát sáng rẻ hơn, nhanh hơn và dễ dàng hơn.
Đây là một hình ảnh cận cảnh của một chiếc lông vũ đường viền lưng từ một con chim xanh đông nam; chứng minh một protein với cấu trúc nanô loại kênh. (Thanh tỷ lệ = 500 nanomet.). Hình ảnh lịch sự của Richard Prum Lab / Đại học Yale.
Một ứng dụng tiềm năng cho công việc này bao gồm các pin mặt trời hiệu quả hơn có thể bẫy các photon trước khi chuyển đổi chúng thành điện tử. Công nghệ này cũng có thể mang lại sơn lâu dài, có thể tìm thấy việc sử dụng trong các quy trình như mỹ phẩm và iles. Sơn hóa chất sẽ luôn phai màu, ông nói tác giả chính Hui Cao. Nhưng một bức tranh vật lý và có cấu trúc nanô xác định màu sắc của nó sẽ không bao giờ thay đổi. Cao mô tả một hóa thạch bọ cánh cứng 40 triệu năm tuổi mà phòng thí nghiệm của cô đã kiểm tra gần đây và có cấu trúc nano tạo màu. Với đôi mắt của tôi, tôi vẫn có thể nhìn thấy màu sắc, cô nói. Nó thực sự tồn tại trong một thời gian rất dài.
Nhóm nghiên cứu sẽ trình bày những phát hiện của họ tại Hội nghị thường niên của Hội quang học (OSA), Frontiers in Optics (FiO) 2011 tại San Jose, CA vào tháng 10 năm 2011.
Ảnh tín dụng: Ana_Cotta
Điểm mấu chốt: Các nhà nghiên cứu tại Đại học Yale đang phát triển một loại laser mới lấy cảm hứng từ các cấu trúc nano trong các ống chim có thể tự lắp ráp theo các quy trình tự nhiên.