מיקרו-מכשירים ולייזרים יעילים יותר

מיקרו-מכשירים ויעילים יותרלייזרים
חוקרים במכון הפוליטכני רנסלר יצרומכשיר לייזרזהו רק רוחב שערת אדם, מה שיעזור לפיזיקאים ללמוד את התכונות הבסיסיות של חומר ואור. עבודתם, שפורסמה בכתבי עת מדעיים יוקרתיים, עשויה גם לסייע בפיתוח לייזרים יעילים יותר לשימוש בתחומים הנעים בין רפואה לייצור.

הלייזרהמכשיר עשוי מחומר מיוחד הנקרא מבודד טופולוגי פוטוני. מבודדים טופולוגיים פוטוניים מסוגלים להנחות פוטונים (הגלים והחלקיקים המרכיבים אור) דרך ממשקים מיוחדים בתוך החומר, תוך מניעת פיזור חלקיקים אלה בחומר עצמו. בשל תכונה זו, מבודדים טופולוגיים מאפשרים לפוטונים רבים לעבוד יחד כשלם. ניתן להשתמש במכשירים אלה גם כ"סימולטורים קוונטיים" טופולוגיים, המאפשרים לחוקרים לחקור תופעות קוונטיות - החוקים הפיזיקליים השולטים בחומר בקנה מידה קטן ביותר - במעבדות מיניאטוריות.
"ה-"טופולוגי פוטוני"המבודד שיצרנו הוא ייחודי. הוא פועל בטמפרטורת החדר. זוהי פריצת דרך משמעותית. בעבר, מחקרים כאלה יכלו להתבצע רק באמצעות ציוד גדול ויקר לקירור חומרים בוואקום. למעבדות מחקר רבות אין ציוד מסוג זה, כך שהמכשיר שלנו מאפשר ליותר אנשים לבצע מחקר פיזיקלי בסיסי מסוג זה במעבדה", אמר פרופסור עוזר במכון הפוליטכני רנסלר (RPI) במחלקה למדעי החומרים והנדסה והמחבר הבכיר של המחקר. למחקר היה גודל מדגם קטן יחסית, אך התוצאות מצביעות על כך שהתרופה החדשה הראתה יעילות משמעותית בטיפול בהפרעה גנטית נדירה זו. אנו מצפים לאמת עוד תוצאות אלו בניסויים קליניים עתידיים ועלול להוביל לאפשרויות טיפול חדשות עבור חולים במחלה זו." למרות שגודל המדגם של המחקר היה קטן יחסית, הממצאים מצביעים על כך שהתרופה החדשה הראתה יעילות משמעותית בטיפול בהפרעה גנטית נדירה זו. אנו מצפים לאמת עוד תוצאות אלו בניסויים קליניים עתידיים ועלול להוביל לאפשרויות טיפול חדשות עבור חולים במחלה זו."
"זהו גם צעד גדול קדימה בפיתוח לייזרים מכיוון שסף המכשיר בטמפרטורת החדר שלנו (כמות האנרגיה הנדרשת כדי לגרום לו לפעול) נמוך פי שבעה ממכשירים קריוגניים קודמים", הוסיפו החוקרים. חוקרי המכון הפוליטכני רנסלאר השתמשו באותה טכניקה בה משתמשת תעשיית המוליכים למחצה לייצור שבבים כדי ליצור את המכשיר החדש שלהם, הכוללת ערימה של סוגים שונים של חומרים שכבה אחר שכבה, מהרמה האטומית ועד המולקולרית, כדי ליצור מבנים אידיאליים בעלי תכונות ספציפיות.
כדי להפוך את המכשיר לייזרים, החוקרים גידלו לוחות דקות במיוחד של סלניד הליד (גביש המורכב מצזיום, עופרת וכלור) וחרטו עליהם פולימרים בעלי דוגמאות. הם שילבו את לוחות הגביש והפולימרים הללו בין חומרי תחמוצת שונים, וכתוצאה מכך נוצר אובייקט בעובי של כ-2 מיקרון ובאורך ורוחב של 100 מיקרון (הרוחב הממוצע של שערת אדם הוא 100 מיקרון).
כאשר החוקרים כיוונו לייזר לעבר מכשיר הלייזר, הופיעה תבנית משולש זוהר בממשק עיצוב החומרים. התבנית נקבעת על ידי עיצוב המכשיר והיא תוצאה של המאפיינים הטופולוגיים של הלייזר. "היכולת לחקור תופעות קוונטיות בטמפרטורת החדר היא סיכוי מרגש. עבודתו החדשנית של פרופסור באו מראה כי הנדסת חומרים יכולה לעזור לנו לענות על כמה מהשאלות הגדולות ביותר במדע", אמר דיקן ההנדסה של המכון הפוליטכני רנסלר.