Mikrobauelemente und effizientere Laser

Mikrogeräte und effizienterLaser
Forscher des Rensselaer Polytechnic Institute haben einLasergerätDas entspricht nur dem Durchmesser eines menschlichen Haares und wird Physikern helfen, die fundamentalen Eigenschaften von Materie und Licht zu erforschen. Ihre in renommierten Fachzeitschriften veröffentlichten Arbeiten könnten zudem zur Entwicklung effizienterer Laser für Anwendungsbereiche von der Medizin bis zur Fertigung beitragen.

DerLaserDas Gerät besteht aus einem speziellen Material, einem sogenannten photonischen topologischen Isolator. Photonische topologische Isolatoren können Photonen (die Wellen und Teilchen, aus denen Licht besteht) durch spezielle Grenzflächen im Inneren des Materials leiten und gleichzeitig verhindern, dass diese Teilchen im Material selbst gestreut werden. Dank dieser Eigenschaft ermöglichen topologische Isolatoren, dass viele Photonen als Ganzes zusammenwirken. Diese Geräte können auch als topologische „Quantensimulatoren“ eingesetzt werden und erlauben es Forschern, Quantenphänomene – die physikalischen Gesetze, die Materie auf extrem kleinen Skalen bestimmen – in Mini-Laboren zu untersuchen.
"Derphotonische topologischeDer von uns entwickelte Isolator ist einzigartig. Er funktioniert bei Raumtemperatur. Dies ist ein bedeutender Durchbruch. Bisher konnten solche Untersuchungen nur mit großen, teuren Vakuumgeräten durchgeführt werden. Viele Forschungslabore verfügen nicht über diese Art von Ausrüstung. Unser Gerät ermöglicht es daher mehr Forschern, diese Art von Grundlagenforschung in der Physik im Labor zu betreiben“, sagte der Assistenzprofessor am Rensselaer Polytechnic Institute (RPI) im Fachbereich Materialwissenschaft und Werkstofftechnik und Hauptautor der Studie. Die Studie hatte zwar eine relativ kleine Stichprobe, aber die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das neue Medikament eine signifikante Wirksamkeit bei der Behandlung dieser seltenen genetischen Erkrankung gezeigt hat. Wir freuen uns darauf, diese Ergebnisse in zukünftigen klinischen Studien weiter zu bestätigen und möglicherweise neue Behandlungsmöglichkeiten für Patienten mit dieser Krankheit zu entwickeln.
„Dies ist auch ein großer Fortschritt in der Laserentwicklung, da unsere Schwellenenergie für Geräte bei Raumtemperatur (die zum Betrieb benötigte Energie) siebenmal niedriger ist als bei bisherigen Tieftemperaturgeräten“, fügten die Forscher hinzu. Die Wissenschaftler des Rensselaer Polytechnic Institute nutzten für ihr neues Gerät dieselbe Technik, die in der Halbleiterindustrie zur Herstellung von Mikrochips eingesetzt wird. Dabei werden verschiedene Materialien Schicht für Schicht – von der atomaren bis zur molekularen Ebene – übereinandergeschichtet, um ideale Strukturen mit spezifischen Eigenschaften zu erzeugen.
Um dasLasergerätDie Forscher züchteten ultradünne Plättchen aus Selenidhalogenid (einem Kristall aus Cäsium, Blei und Chlor) und ätzten strukturierte Polymere darauf. Sie betteten diese Kristallplättchen und Polymere zwischen verschiedene Oxidmaterialien ein, wodurch ein Objekt mit einer Dicke von etwa 2 Mikrometern und einer Länge und Breite von jeweils 100 Mikrometern entstand (die durchschnittliche Breite eines menschlichen Haares beträgt 100 Mikrometer).
Als die Forscher einen Laser auf die Laservorrichtung richteten, entstand an der Materialoberfläche ein leuchtendes Dreiecksmuster. Dieses Muster wird durch die Konstruktion der Vorrichtung bestimmt und ist eine Folge der topologischen Eigenschaften des Lasers. „Quantenphänomene bei Raumtemperatur untersuchen zu können, ist eine faszinierende Perspektive. Die innovative Arbeit von Professor Bao zeigt, dass die Materialwissenschaft uns helfen kann, einige der wichtigsten Fragen der Wissenschaft zu beantworten“, so der Dekan der Ingenieurfakultät des Rensselaer Polytechnic Institute.