Nature physics |?来自可重构胶体组件的自组织激光器

论文导读

      随机激光器的发明为光学开辟了一个崭新的领域，为打造性能更优越的光学设备提供了机会，探索随机激光器的设计与制备也是当前研究的重要方向。与此同时，自组织现象是基本单元在比定义单个组件更大的尺度上自发生成协调结构的过程，在生物和人工系统中复杂结构的重构方面发挥着重大作用。最近，来自伦敦大学学院和帝国理工学院的科研人员利用可重构胶体组件实现了可编程随机激光器的自组织，该工作“Self-organized lasers from reconfigurable colloidal assemblies”发表在Nature子刊Nature physics上。这项工作对产生可控和可编程的随机激光和开发新型活性功能材料都具有重要的意义。

研究背景

      受生物自组织过程的启发，控制人工非平衡系统自我组装成可重构的、适应性的和自主的人工材料已经推动了许多新兴学科的发展。在胶体科学中，能够在能量转换后进行耗散性自组装的胶体系统已经崭露头角，因为它们能够模仿生物自组织来运输和可逆地组装无源胶体元件，并实现微观的元机械和机械装置。由于胶体易于合成，其大小尺寸与可见光的波长相当，因此，胶体通常是光子材料和器件的首选构成组件，由胶体构成的光学器件的特性由其固定拓扑和空间相关性定义，如何为这些胶体光子组件增加光学增益来实现激光发射并构建实用的光子器件是目前研究的前沿领域。

技术突破

      在本工作中，作者展示了从胶体的可逆失衡自组装中获得可编程随机激光器自组织的技术，并利用Janus颗粒作为热源来控制随机激光内的胶体自组装动力学过程。随机激光的发射源自于光在耗散性胶体组件内经历多次散射后的放大效应，这些动态随机激光器可以受到外部光照的调控，并呈现出连续可调的激光阈值。因此，这种基于胶体自组装的随机激光器内部表现出了许多非平衡集合体也具备的典型特征，即通过模仿结构和功能之间不断发展的时空关系来重新配置和合作，这是实现能够独立运动和自主适应外部刺激的激光器的重要一步。

观点评述

      本文提出了一种从胶体的可逆失衡自组装中获得可编程随机激光器自组织的技术。这些自组织的随机激光器可以根据需要进行操作以产生可控和可编程的激光，从而为光子学领域带来全新的可能性，并为探索活性物质中的新型活性功能材料打开了大门，对光学传感、光计算、新型光源、无斑点照明和显示技术等方向具有重要意义。

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