یک نوآوری خیره‌کننده: تولد نانو لیزر در دانشگاه کائوناس
دانشمندان پرتلاش دانشگاه فناوری کائوناس (KTU) در لیتوانی، با همراهی همکاران ژاپنی، یک نانو لیزر بی‌نظیر خلق کرده‌اند. این ابزار اگرچه آنقدر ریز است که با چشم غیر مسلح دیده نمی‌شود و باید از میکروسکوپ قوی برای مشاهده‌اش استفاده کرد، اما امکانات وسیعی را پیش روی ما می‌گذارد. این اختراع می‌تواند در حوزه‌های تشخیص زودهنگام بیماری‌ها، تبادل اطلاعات و فن‌آوری‌های امنیتی، کاربردی شگفت‌انگیز داشته باشد و همچنین به ابزاری کلیدی در مطالعات مربوط به تعامل نور و ماده بدل شود.
لیزرها با توجه به کاربردی که دارند، در فرآیند تقویت و تولید نور با یکدیگر فرق دارند که این موضوع باعث تمایز در رنگ پرتو و کیفیت لیزر می‌شود. دکتر مینداگاس جوودناس، یکی از دانشمندان فعال در این پروژه، می‌گوید: “نانو لیزرها با استفاده از ساختارهایی به اندازه‌ی یک میلیونیوم میلی‌متر نور را تولید و تقویت می‌کنند، به طوری‌که تابش لیزر در حجمی بسیار کوچک از ماده اتفاق می‌افتد.”
راز کارکرد نانو لیزر
عملکرد این لیزر شبیه یک اتاق آینه‌ای است. پیش از این هم روی نانو لیزرها کار شده، اما آنچه دانشمندان KTU ارائه داده‌اند، از نظر روش تولید، منحصربه‌فرد است. این لیزر از نانو مکعب‌های نقره استفاده می‌کند که به شکل منظم روی یک سطح چیده شده و با یک ماده فعال نوری پر شده‌اند. این ترکیب، مکانیسم لازم برای تقویت نور و ایجاد اثر لیزری را فراهم می‌کند.
جوودناس، که در مؤسسه علم مواد KTU مشغول به پژوهش است، می‌گوید: ” نانو مکعب‌های نقره، ذرات نقره‌ای تک بلوری بسیار کوچکی هستند که خواص نوری فوق‌العاده‌ای دارند. این نانو مکعب‌ها، جزء کلیدی نانو لیزر ما هستند که توسعه یافته است.”
فرآیند ساخت نانو مکعب‌ها
این نانو مکعب‌ها با روش خاصی که توسط همکاران KTU در ژاپن ابداع شده، ساخته می‌شوند تا شکل و کیفیت مورد نظر را داشته باشند. سپس این نانو مکعب‌ها با فرایند خودآرایی نانوذرات به یک ساختار دوبعدی تبدیل می‌شوند. در این فرآیند، ذرات به طور طبیعی از طریق محیط مایع به یک الگو از پیش تعیین شده، نظم می‌گیرند. وقتی پارامترهای الگو با خواص نوری نانو مکعب‌ها هماهنگ باشد، پدیده‌ای به نام تشدید شبکه سطحی اتفاق می‌افتد که امکان تولید مؤثر نور در یک محیط فعال نوری را فراهم می‌کند.
در حالی که لیزرهای معمولی برای ایجاد این پدیده از آینه‌ها استفاده می‌کنند، نانو لیزر محققان KTU از سطحی با نانوذرات به جای آینه‌ها بهره می‌برد. “وقتی نانو مکعب‌های نقره به شکل دوره‌ای چیده شوند، نور بین آن‌ها به دام می‌افتد.”
پروسه‌ای شبیه سالن آینه‌ها
به گفته‌ی جودِناس، می‌توان این فرآیند را به سالن آینه‌ها در شهربازی تشبیه کرد؛ با این تفاوت که در اینجا آینه‌ها، نانو مکعب‌ها و بازدیدکنندگان پارک، نور هستند. این نور «به دام افتاده» جمع می‌شود تا زمانی که سرانجام، آستانه‌ی انرژی لازم برای انتشار تحریک‌شده را رد کند و یک پرتو نور شدید با رنگ و جهت خاص تولید شود. جوودِناس یادآوری می‌کند که کلمه‌ی لیزر مخفف تقویت نور توسط انتشار تحریک شده‌ی تابش (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) است، که همان فرآیند توضیح‌داده‌شده است.
پیشبرد ایده با کمک‌های مالی بین‌المللی
کمک‌های مالی بین‌المللی در پیشبرد این ایده بسیار مؤثر بود. با استفاده از نانومواد باکیفیت و به آسانی قابل‌تولید مثل نانو مکعب‌های نقره، این لیزر برای کارکرد، به مقدار بسیار کمی انرژی نیاز دارد که این موضوع، امکان تولید انبوه لیزرها را فراهم می‌کند. جوودناس می‌گوید: “نانو مکعب‌های نقره‌ای که به روش شیمیایی سنتز شده‌اند، می‌توانند در حجم‌های صدها میلی‌لیتری تولید شوند و کیفیت بالای آن‌ها، این امکان را به ما می‌دهد که از فن‌آوری خودآرایی نانوذرات بهره‌مند شویم. حتی اگر چیدمان آن‌ها بی‌نقص نباشد، ویژگی‌های خودشان این نقص را جبران می‌کند.”
چالش‌ها و کمک‌های مالی
با این حال، در مراحل اولیه، سادگی روش – که باید جلب‌توجه می‌کرد – در واقع باعث شد که آژانس‌های تأمین مالی تحقیقاتی در لیتوانی، فاصله بگیرند. پروفسور سیگیتاس تامولویچیوس به خاطر می‌آورد: “شکاکان این سؤال را مطرح می‌کردند که آیا این روش ساده می‌تواند ساختارهایی با کیفیت کافی برای یک نانو لیزر کارآمد ایجاد کند یا خیر.” این تیم از مؤسسه علوم مواد KTU، به کیفیت نانو لیزر در حال توسعه‌شان، ایمان داشتند و توانستند از یک سازمان کمک‌کننده بین‌المللی، بودجه دریافت کنند که به گفته‌ی جوودناس، نظر مساعدی نسبت به ایده داشت: “پس از تلاش فراوان و انجام آزمایش‌های متعدد، ما ثابت کردیم که حتی آرایش‌های ناقص نیز می‌توانند مؤثر باشند، اگر از نانوذرات با کیفیت بالا استفاده شود.”
دستاوردهای بزرگ و چشم‌اندازهای آینده
آرایش منظم نانوذرات که در یکی دیگر از اختراعات محققان KTU برای ایجاد نشانه‌های ضد جعل استفاده می‌شود، قبلاً مورد تأیید قرار گرفته و توسط دفاتر ثبت اختراع ایالات متحده و ژاپن به ثبت رسیده است. در آینده، نانو لیزر ساخته شده توسط محققان KTU می‌تواند به عنوان منبع نور در حسگرهای زیستی بسیار حساس برای تشخیص زودهنگام بیماری‌ها یا نظارت لحظه‌ای بر فرآیندهای زیستی مورد استفاده قرار گیرد. همچنین می‌تواند در تراشه‌های فوتونیکی کوچک، فناوری‌های شناسایی و دستگاه‌های تأیید هویت که در آن ساختار منحصربه‌فرد پرتو اهمیت دارد، به کار رود. علاوه بر این، می‌تواند از تحقیقات بنیادی در مورد چگونگی تعامل نور با ماده در مقیاس نانو، پشتیبانی کند.
بیشتر بخوانید
مدیتیشن یک روز پربرکت برای جذب عشق وامنیت و سلامتی
خود هیپنوتیزم درمان زود انزالی در مردان توسط هیپنوتراپیست رضا خدامهری
تقویت سیستم ایمنی بدن با خود هیپنوتیزم
شمس و طغری
خود هیپنوتیزم ماندن در رژیم لاغری و درمان قطعی چاقی کاملا علمی و ایمن
خود هیپنوتیزم تقویت اعتماد به نفس و عزت نفس