طوّر فريق بحثي من إمبريال كوليدج لندن وكلية لندن الجامعية مؤخرًا أول ليزر ذاتي التنظيم في العالم يمكنه إعادة التشكيل ديناميكيًا في ظل الظروف المتغيرة. هذا التطوير الرائد، الذي نُشر في فيزياء الطبيعة, لا تقدم فقط مجال المواد الضوئية الذكية، مما يجعلها أقرب إلى المواد البيولوجية من حيث التفاعل والقدرة على التكيف والشفاء الذاتي والسلوك الجماعي، بل تفتح أيضًا مسارات جديدة للابتكارات في الكسوة بالليزر التكنولوجيا.

وقد أوضح البروفيسور ريكاردو سابينزا من إمبريال كوليدج لندن، وهو المؤلف الأول المشارك في الدراسة، قائلاً: “تعتمد أشعة الليزر التي تدعم معظم التقنيات اليوم إلى حد كبير على مواد بلورية، وهي مواد دقيقة ولكنها ثابتة. كان هدفنا هو استكشاف ما إذا كان بإمكاننا تطوير نظام ليزر يدمج بين الهيكل والوظيفة، وقادر على إعادة التنظيم الذاتي والسلوك التعاوني مثل الأنظمة البيولوجية. يمثل ظهور نظام الكسوة الليزرية ذاتية التنظيم خطوة حاسمة في محاكاة المواد البيولوجية الديناميكية.”

الليزر ذاتي التنظيم وعلاقته بالتكسية بالليزر

الليزر عبارة عن أجهزة تولد أشكالاً متخصصة من الضوء من خلال التضخيم البصري. في تجربة الفريق البحثي، يتكون الليزر ذاتي التنظيم من جزيئات منتشرة في سائل عالي الكسب، والذي يتمتع بقدرات تضخيم ضوئية كبيرة. عندما تتجمع الجسيمات إلى حجم معين، يمكنها أن تبعث ضوء الليزر بمساعدة الطاقة الخارجية. وقد أوضح الباحثون كيف يمكنهم التحكم في انبعاث الليزر عن طريق تسخين جسيمات “جانوس” بواسطة ليزر يحتوي على طلاء ممتص للضوء، مما يجعل الجسيمات تنتظم ذاتياً في مجموعات. ومن خلال ضبط شدة الليزر الخارجي، تمكنوا من التحكم في حجم وكثافة العناقيد، مما أدى إلى التحكم بفعالية في انبعاث الليزر.

الليزر ذاتي التنظيم وتأثيره على تقنية التكسية بالليزر

والجدير بالذكر أن فريق البحث أظهر كيف أنه من خلال تسخين جسيمات جانوس المختلفة، تمكنوا من تحريك العناقيد الباعثة للضوء في الفضاء، مما يسلط الضوء على قدرة النظام العالية على التكيف. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن تعمل جسيمات جانوس معًا لتشكيل هياكل عنقودية جديدة تتجاوز التراكب البسيط، مثل تغيير الأشكال وتعزيز قوة انبعاث الضوء. تشترك هذه الآلية في أوجه التشابه مع الكسوة بالليزر, الذي يتحكم بدقة في الليزر لتطبيق الطلاءات الوظيفية على أسطح المواد. ينشئ نظام الليزر ذاتي التنظيم أساسًا لنظام ليزر أكثر ذكاءً وتكيفًا الكسوة بالليزر العمليات.

وأكد الدكتور جورجيو فولبي، وهو مؤلف مشارك آخر من قسم الكيمياء في كلية لندن الجامعية، أن “تقنية الليزر تستخدم على نطاق واسع في القطاعات الطبية والاتصالات والتصنيع الصناعي، كما هو الحال في الكسوة بالليزر لتعزيز مقاومة المكونات للتآكل والتآكل. ستقود الليزرات ذات الخصائص المحاكاة الحيوية إلى تطوير مواد من الجيل التالي أكثر مرونة واستقلالية ومتانة، وهي مثالية للتطبيقات في الاستشعار والحوسبة غير التقليدية ومصادر الضوء الجديدة وشاشات العرض. ولا سيما عندما تقترن بقدرات التنظيم الذاتي, الكسوة بالليزر تعدك هذه التقنية بمعالجات سطحية ذكية أكثر كفاءة وأقل استهلاكًا.”

مستقبل التكسية بالليزر: من الليزر ذاتي التنظيم إلى معالجات الأسطح المتقدمة

وستركز الخطوة التالية لفريق البحث على تعزيز السلوك الذاتي لليزر وتحسين خصائصه “الكيميائية الحيوية”. وقد تستهدف التطبيقات المبكرة لهذه التقنية تطوير الجيل التالي من شاشات الحبر الإلكترونية الذكية. دمج أشعة الليزر ذاتية التنظيم في الكسوة بالليزر يمكن أن تدفع أيضًا تطوير التصنيع المرن والأجهزة القابلة لإعادة التشكيل. نظرًا لأن الليزر ذاتية التنظيم و الكسوة بالليزر ستستمر التقنيات في التقارب، وسيكون تأثيرها المستقبلي ملموسًا ليس فقط في تكنولوجيا شاشات العرض، ولكن أيضًا في مجال الفضاء والسيارات والصناعات الأخرى التي تتطلب دقة عالية الكسوة بالليزر. إن إمكانية إعادة التشكيل هذه القابلة لإعادة التشكيل الكسوة بالليزر نظام لإحداث ثورة في معالجة المواد هائلة.