"Lentävä lautanen" kvanttipisteet pitävät salassa kirkkaammilta, paremmilta lasereilta

Elite: Dangerous Guardian Power Distributor Waste of Time? (Saattaa 2019).

Anonim

Tuoreet näkemykset elävistä soluista, kirkkaammat videoprojektorit ja tarkemmat lääketieteelliset testit ovat vain kolme innovaatiosta, jotka saattavat johtua uudenlaisesta lasertekniikasta.

Uusi menetelmä, jonka on kehittänyt U: n T Engineeringin, Vanderbiltin yliopiston, Los Alamos National Laboratoryn ja muiden yhtiöiden kansainvälinen tutkimusryhmä, tuottaa jatkuvaa laservaloa, joka on kirkkaampi, edullisempi ja viritettävä kuin nykyiset laitteet käyttämällä nanopartikkeleita, joita kutsutaan kvanttipisteiksi.

"Olemme työskennelleet kvanttipisteiden kanssa yli vuosikymmenen ajan", sanoo Ted Sargent, professori Edward S. Rogers Sr.: n U: n sähkö- ja tietotekniikan osastosta. He ovat yli viisituhatta kertaa pienempiä kuin ihmisen hiusten leveys, joka mahdollistaa niiden ulottuvan kvantti- ja klassisen fysiikan maailmoille ja antaa heille hyödyllisiä optisia ominaisuuksia. "

"Kvanttipisteet ovat tunnettuja kirkkaita valoa emittoivia aineita", sanoo Sargentin laboratorion vanhempi tutkija Alex Voznyy. "Ne voivat absorboida paljon energiaa ja lähettää sen uudelleen tietyllä taajuudella, mikä tekee niistä erityisen sopivan materiaalin lasereille."

Kvanttipisteiden kokoa tarkkaillaan Sargentin laboratoriossa työskentelevät tutkijat voivat "virittää" lähetetyn valon taajuuden tai värin haluamaasi arvoon. Sitä vastoin suurin osa kaupallisista lasereista on rajoitettu yhteen tiettyyn taajuuteen tai hyvin pieneen määrään, jonka määrittelevät materiaalit, joista ne on valmistettu.

Kyky tuottaa laser halutusta taajuudesta yhdestä ainoasta aineesta antaisi lisävoimaa tutkijoille, jotka haluavat tutkia sairauksia kudosten tai yksittäisten solujen tasolla tarjoamalla uusia välineitä biokemiallisten reaktioiden tutkimiseen. Ne voisivat myös mahdollistaa lasertulostimet, jotka olisivat kirkkaampia ja energiatehokkaampia kuin nykyinen LCD-tekniikka.

Mutta vaikka kolloidisten kvanttipisteiden kyky tuottaa lasersäteilyä esitteli ensin yhteistyökirjailija Victor Klimov ja hänen tiiminsä Los Alamosin kansallisessa laboratoriossa yli 15 vuotta sitten, kaupallinen sovellus on jäänyt vaikeuksitta. Keskeinen ongelma on ollut se, että tähän asti valon määrä, joka tarvitaan kvanttipisteiden herättämiseen laservalon tuottamiseksi, on ollut erittäin korkea.

"Sinun on stimuloitava laser enemmän ja enemmän valtaa, mutta myös paljon lämmitysvaimennuksia", Voznyy sanoo. "Lopulta se saa niin kuumaa, että se vain polttaa." Useimmat kvanttipistelaserit rajoittavat vain muutaman nanosekunnin - miljardin sekunnin valon impulssit.

Joukkue, johon kuului Voznyy, tutkijat Fengjia Fan ja Randy Sabatini sekä MASc ehdokas Kris Bicanic, voitti tämän ongelman muuttamalla kvanttipisteiden muotoa sen koon sijaan. He pystyivät luomaan kvanttipisteitä pallomaisella ytimellä ja kuori, joka oli muotoiltu Skittleksi, M & M: ksi tai lentäväksi lautastimeksi - "puristettu" pallomainen muoto, joka tunnetaan kiertyneenä sferoidina.

Sydän- ja kuoren muodon välinen yhteensopimattomuus tuo jännityksen, joka vaikuttaa kvanttipisteen elektronisiin tiloihin ja laskee laserin käynnistämiseen tarvittavan energian määrää. Kuten julkaisussa Nature julkaisi tänään, innovaatio tarkoittaa, että kvanttipisteet eivät enää ole vaarassa ylikuumentua, joten tuloksena oleva laser voi palata jatkuvasti.

Vaikka kvanttipisteet rakennetaan usein keräämällä molekyylejä yksi kerrallaan alipaineessa, Sargentin tiimi sekoittelee nestemäisiä liuoksia, jotka sisältävät erilaisia ​​kvanttipistesprekuroreita. Kun liuokset reagoivat, ne tuottavat kiinteitä kvanttipisteitä, jotka pysyvät suspendoituneina nesteenä - näitä tunnetaan kolloidisina kvanttipisteinä. Ryhmän keskeinen innovaatio oli lisätä erityisiä limittumismolekyylejä sekaan, mikä antoi heille mahdollisuuden hallita hiukkasten muotoa halutun ominaisuuden saavuttamiseksi, lähestymistapa, jonka Fan puhui "älykkäälle kemikaalille".

"Solution-pohjainen käsittely vähentää huomattavasti kvanttipisteiden tekemisen kustannuksia", sanoo Fan. "Se myös helpottaa tuotannon laajentamista, koska voimme käyttää painoteollisuudessa jo olemassa olevia tekniikoita."

Hankkeeseen osallistui useita kansallisia ja kansainvälisiä kumppaneita. Tietokonemallinnot yhteistyössä Ottawan yliopiston ja kansallisen tutkimusneuvoston kanssa ohjaavat kvanttipisteiden suunnittelua. Analyysitestit Vanderbiltin Nanoscale Science and Engineering -instituutista Nashville, TN sekä Albuquerquen, NM: n ja Los Alamosin korkeakoulutekniikan keskuksen New Mexico -yliopiston yliopistossa vahvistivat, että lopputuotteilla oli haluttu muoto, koostumus ja käyttäytyminen analysoimalla yksittäisiä kvanttipisteitä atomin tasolla.

"Meillä oli vaikutusta paitsi itse suunnitellun rakenteen lisäksi myös tasolta, jonka he ovat saavuttaneet", sanoo Sandra Rosenthal, Vanderbilt-instituutin nanomittakaavan tiede ja tekniikka. "Sargentin tiimi on onnistunut luomaan kvanttipisteitä, joilla on ainutlaatuinen ja tyylikäs rakenne. Tämä on jännittävä tutkimus."

Tiimellä on enemmän työtä, ennen kuin he voivat tarkastella kaupallistamista. "Tämän konseptisuunnittelun vuoksi jännittävät kvanttipisteet valolla", sanoo Sabatini. "Haluamme lopulta siirtyä jännittävyyteen sähkön avulla, ja haluamme myös tehostaa milliwattia tai jopa wattia. Jos voimme tehdä niin, siitä tulee tärkeä laserprojektio."

menu
menu