Björklöv och jordnötter förvandlas till avancerad laserteknik

Resultaten har publicerats i den vetenskapliga tidskriften Nanophotonics och visar hur en så kallad random laser kan framställas helt av biologiska material.

Jia Wang, Institutionen för fysik.

BildHans Karlsson

– Vår studie visar att det går att tillverka avancerad optisk teknik på ett enkelt sätt med enbart lokala, förnybara material, säger Jia Wang, universitetslektor vid Institutionen för fysik, Umeå universitet, och en av studiens författare.

En random laser är en typ av laser där ljuset sprids många gånger inuti ett oordnat material innan det kommer ut som en fokuserad stråle. Tekniken har stor potential för bland annat medicinsk avbildning och för att upptäcka sjukdomar i ett tidigt skede, och har därför rönt stor uppmärksamhet inom forskningen. Men sådana lasrar innehåller idag ofta material som är giftiga, dyra eller komplicerade att tillverka.

Kolprickar av björklöv

Jia Wang och hennes kollegor skapade sin laser med hjälp av två vanliga naturmaterial: björklöv och jordnötskärnor. Av björklöven tillverkade de kolprickar på nanometerskala som fungerar som förstärkningsmedium, och jordnötterna skars i små kuber, vars grova och ojämna ytor hjälper till att fånga och sprida ljuset.

Istället för att använda komplicerad teknik, gör jordnötskärnans naturliga mikrostruktur jobbet på egen hand

Själva lasern drivs fortfarande av en extern ljuskälla, men de funktionella delarna som sprider och förstärker ljuset är helt framställda av biomaterial.

– Tillverkningen av kolprickarna är enkel, i princip en tryckkokningsprocess i ett steg. Istället för att använda komplicerad teknik, gör jordnötskärnans naturliga mikrostruktur jobbet på egen hand, säger Jia Wang.

Kan vidareutvecklas till optisk tagg

Forskarna testade hur mycket energi som krävdes för att få lasern att sända ut ljus, och resultaten visade att den fungerar lika bra som konstgjort framställda lasrar.

Överst: Den biomaterialsbaserade lasern när den är aktiverad. Nederst: Samma laser sedd i dagsljus.

BildZhihao Huang

– Potentialen hos den här biomaterialbaserade random lasern sträcker sig längre än till biomedicinska tillämpningar. Tack vare sin låga kostnad, förnybarhet och säkerhet skulle den också kunna utvecklas till en optisk tagg som kan användas för att verifiera äkthet hos värdefulla dokument, lyxvaror och elektroniska produkter, säger Jia Wang.

Jia Wangs forskargrupp har länge jobbat med att utnyttja lokala, förnybara resurser till ny teknik. För två år sedan publicerade de en studie som visade hur björklöv, plockade på Umeå universitets campus, kan användas för att tillverka organiska halvledare som bland annat finns i tunna tv- och mobiltelefonskärmar.