อุปกรณ์ไมโครและเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้น

อุปกรณ์ขนาดเล็กและมีประสิทธิภาพยิ่งขึ้นเลเซอร์
นักวิจัยของสถาบันพอลีเทคนิค Rensselaer ได้สร้างอุปกรณ์เลเซอร์ซึ่งมีความกว้างเพียงเท่าเส้นผมของมนุษย์เท่านั้น ซึ่งจะช่วยให้นักฟิสิกส์สามารถศึกษาคุณสมบัติพื้นฐานของสสารและแสงได้ ผลงานของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์ในวารสารวิทยาศาสตร์ที่มีชื่อเสียง อาจช่วยพัฒนาเลเซอร์ที่มีประสิทธิภาพมากขึ้นเพื่อใช้ในสาขาต่างๆ ตั้งแต่การแพทย์ไปจนถึงการผลิต

การเลเซอร์อุปกรณ์นี้ทำจากวัสดุพิเศษที่เรียกว่าฉนวนโทโพโลยีโฟโตนิก ฉนวนโทโพโลยีโฟโตนิกสามารถนำทางโฟตอน (คลื่นและอนุภาคที่ประกอบเป็นแสง) ผ่านอินเทอร์เฟซพิเศษภายในวัสดุได้ ในขณะที่ป้องกันไม่ให้อนุภาคเหล่านี้กระจัดกระจายในวัสดุนั้นเอง เนื่องจากคุณสมบัตินี้ ฉนวนโทโพโลยีจึงทำให้โฟตอนจำนวนมากทำงานร่วมกันเป็นหนึ่งเดียว อุปกรณ์เหล่านี้ยังสามารถใช้เป็น "เครื่องจำลองควอนตัม" ทางโทโพโลยี ซึ่งทำให้ผู้วิจัยสามารถศึกษาปรากฏการณ์ควอนตัม ซึ่งเป็นกฎทางฟิสิกส์ที่ควบคุมสสารในระดับที่เล็กมากได้ในห้องทดลองขนาดเล็ก
“การโทโพโลยีโฟตอนิกส์ฉนวนที่เราผลิตนั้นมีความพิเศษเฉพาะตัว มันทำงานได้ที่อุณหภูมิห้อง ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญ ก่อนหน้านี้ การศึกษาในลักษณะดังกล่าวสามารถทำได้โดยใช้เครื่องมือขนาดใหญ่และมีราคาแพงในการทำให้สารเย็นลงในสุญญากาศเท่านั้น ห้องปฏิบัติการวิจัยหลายแห่งไม่มีเครื่องมือประเภทนี้ ดังนั้น เครื่องมือของเราจึงทำให้ผู้คนจำนวนมากขึ้นสามารถทำการวิจัยฟิสิกส์พื้นฐานประเภทนี้ในห้องปฏิบัติการได้” รองศาสตราจารย์จากภาควิชาวิทยาศาสตร์วัสดุและวิศวกรรมศาสตร์ของสถาบันพอลีเทคนิคเรนส์เซลเลอร์ (Rensselaer Polytechnic Institute: RPI) และผู้เขียนอาวุโสของการศึกษากล่าว การศึกษาครั้งนี้มีขนาดตัวอย่างที่ค่อนข้างเล็ก แต่ผลลัพธ์ชี้ให้เห็นว่ายาตัวใหม่นี้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่สำคัญในการรักษาโรคทางพันธุกรรมที่หายากนี้ เราหวังว่าจะได้ตรวจสอบผลลัพธ์เหล่านี้เพิ่มเติมในการทดลองทางคลินิกในอนาคต และอาจนำไปสู่ทางเลือกการรักษาใหม่ๆ สำหรับผู้ป่วยที่เป็นโรคนี้” แม้ว่าขนาดตัวอย่างของการศึกษาครั้งนี้จะค่อนข้างเล็ก แต่ผลลัพธ์แสดงให้เห็นว่ายาตัวใหม่นี้แสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพที่สำคัญในการรักษาโรคทางพันธุกรรมที่หายากนี้ เราหวังว่าจะได้ตรวจสอบผลลัพธ์เหล่านี้เพิ่มเติมในการทดลองทางคลินิกในอนาคต และอาจนำไปสู่ทางเลือกการรักษาใหม่ๆ สำหรับผู้ป่วยที่เป็นโรคนี้”
“นี่ถือเป็นก้าวสำคัญในการพัฒนาเลเซอร์ เนื่องจากเกณฑ์ของอุปกรณ์ที่อุณหภูมิห้อง (ปริมาณพลังงานที่จำเป็นในการทำให้อุปกรณ์ทำงานได้) ต่ำกว่าอุปกรณ์คริโอเจนิกรุ่นก่อนถึง 7 เท่า” นักวิจัยกล่าวเสริม นักวิจัยจากสถาบันโพลีเทคนิคเรนเซลเลอร์ใช้เทคนิคเดียวกับที่อุตสาหกรรมเซมิคอนดักเตอร์ใช้ในการสร้างไมโครชิปเพื่อสร้างอุปกรณ์ใหม่ ซึ่งเกี่ยวข้องกับการซ้อนวัสดุประเภทต่างๆ ทีละชั้น ตั้งแต่ระดับอะตอมไปจนถึงระดับโมเลกุล เพื่อสร้างโครงสร้างในอุดมคติที่มีคุณสมบัติเฉพาะ
เพื่อทำให้อุปกรณ์เลเซอร์นักวิจัยปลูกแผ่นเซเลไนด์ฮาไลด์ (ผลึกที่ประกอบด้วยซีเซียม ตะกั่ว และคลอรีน) ที่บางเป็นพิเศษ และแกะสลักโพลีเมอร์ที่มีลวดลายลงบนแผ่นดังกล่าว พวกเขาประกบแผ่นผลึกและโพลีเมอร์เหล่านี้ไว้ระหว่างวัสดุออกไซด์ต่างๆ ส่งผลให้ได้วัตถุที่มีความหนาประมาณ 2 ไมครอน ยาวและกว้าง 100 ไมครอน (ความกว้างเฉลี่ยของเส้นผมของมนุษย์คือ 100 ไมครอน)
เมื่อนักวิจัยฉายเลเซอร์ไปที่อุปกรณ์เลเซอร์ รูปแบบสามเหลี่ยมเรืองแสงจะปรากฏขึ้นที่อินเทอร์เฟซการออกแบบวัสดุ รูปแบบดังกล่าวถูกกำหนดโดยการออกแบบอุปกรณ์และเป็นผลมาจากลักษณะทางโทโพโลยีของเลเซอร์ “การสามารถศึกษาปรากฏการณ์ควอนตัมที่อุณหภูมิห้องเป็นโอกาสที่น่าตื่นเต้น ผลงานสร้างสรรค์ของศาสตราจารย์เป่าแสดงให้เห็นว่าวิศวกรรมวัสดุสามารถช่วยเราตอบคำถามสำคัญๆ บางข้อในทางวิทยาศาสตร์ได้” คณบดีฝ่ายวิศวกรรมของ Rensselaer Polytechnic Institute กล่าว