マイクロデバイスとより効率的なレーザー

マイクロデバイスとより効率的なレーザー
レンセラー工科大学の研究者たちは、レーザー装置それは人間の髪の毛ほどの幅しかないが、物理学者が物質と光の基本的な性質を研究するのに役立つだろう。彼らの研究成果は権威ある科学誌に掲載され、医療から製造業まで幅広い分野で使用できる、より効率的なレーザーの開発にも貢献する可能性がある。

のレーザこのデバイスは、フォトニックトポロジカル絶縁体と呼ばれる特殊な材料でできています。フォトニックトポロジカル絶縁体は、光子（光を構成する波と粒子）を材料内部の特殊な界面を通して導くことができ、同時にこれらの粒子が材料自体の中で散乱するのを防ぎます。この特性により、トポロジカル絶縁体は多数の光子を一体として機能させることができます。これらのデバイスは、トポロジカルな「量子シミュレーター」としても使用でき、研究者はミニラボで量子現象（極めて小さなスケールで物質を支配する物理法則）を研究することができます。
「フォトニックトポロジカル「私たちが作った絶縁体はユニークです。室温で機能します。これは大きなブレークスルーです。これまで、このような研究は、真空中で物質を冷却するための大型で高価な装置を使用してのみ行うことができました。多くの研究室にはこのような装置がないため、私たちのデバイスによって、より多くの人が研究室でこのような基礎物理学の研究を行うことができるようになります」と、レンセラー工科大学（RPI）材料科学工学科の助教授で、この研究の筆頭著者は述べています。「この研究のサンプルサイズは比較的小さかったものの、結果は、この新しい薬がこの希少な遺伝性疾患の治療に著しい有効性を示したことを示唆しています。私たちは、今後の臨床試験でこれらの結果をさらに検証し、この疾患の患者に対する新しい治療選択肢につながることを期待しています。」
「今回の研究成果は、レーザー開発における大きな前進でもあります。なぜなら、室温で動作するデバイスの閾値（動作に必要なエネルギー量）が、従来の極低温デバイスよりも7倍も低いからです」と研究者らは付け加えた。レンセラー工科大学の研究者らは、半導体業界でマイクロチップの製造に使われているのと同じ技術を用いて、原子レベルから分子レベルまで、さまざまな種類の材料を層状に積み重ねて、特定の特性を持つ理想的な構造を作り出すという手法で、この新しいデバイスを開発した。
作るためにレーザー装置研究者たちは、セレン化ハロゲン化物（セシウム、鉛、塩素からなる結晶）の極薄板を成長させ、その上にパターン状のポリマーをエッチングした。そして、これらの結晶板とポリマーを様々な酸化物材料で挟み込むことで、厚さ約2マイクロメートル、長さと幅がそれぞれ100マイクロメートル（人間の髪の毛の平均幅は100マイクロメートル）の物体を作り出した。
研究者らがレーザー装置にレーザー光を照射すると、材料設計の界面に発光する三角形のパターンが現れた。このパターンは装置設計によって決まり、レーザーのトポロジー特性の結果である。「室温で量子現象を研究できるというのは、非常に興味深い展望です。バオ教授の革新的な研究は、材料工学が科学における最大の疑問のいくつかに答えるのに役立つことを示しています」と、レンセラー工科大学工学部長は​​述べた。