محققان راهی پیدا کرده اند تا دانه‌های میکروسکوپی پوشیده از نانوذرات را به لیزرهای کوچک تر از گلبول قرمز تبدیل کنند. این میکرولیزرها، که نور فروسرخ را به نور با فرکانس بالاتر تبدیل می‌کنند، از جمله کوچکترین لیزرهای متداوماً تولید شونده از نوع خودشان هستند که تاکنون گزارش شده اند. این‌ها می‌توانند برای ساعت‌ها، به طور پایدار نور تولید کنند، حتی زمانی که در مایعات بیولوژیک مثل سرم خون غرق شده‌اند.
خواص منحصر بفرد این لیزرها، که عرضی به اندازه ۵ میکرون (یک میلیونیم متر) دارند، بطور تصادفی در زمانی کشف شد که محققان در حال مطالعه پتانسیل دانه‌های پلیمر (پلاستیک) برای استفاده در تصویربرداری مغزی بودند، که از مواد نیمه‌شفاف به نام کلوئید تشکیل می‌شد.
آنجل فرناندز براوو و اسکاک ، دانه‌ها را با نانوذرات سدیم ایتریم فلوراید (sodium yttrium fluoride) تخدیر شده یا جاسازی شده با تولیوم مخلوط کردند، این عنصر به گروهی از فلز‌ها به نام لانتانید ها متعلق هستند. آنها دریافتند زمانی که لیزر فروسرخ به نانوذرات تخدیر شده با تولیوم در سطح خارجی دانه‌ها می‌تابد، نور تابیده شده از نانوذرات می‌تواند در اطراف سطح داخلی دانه‌ها تقویت شود، درست همانطور که زمزمه ها در دیوار های کلیسا تقویت می‌شوند. پیک‌های دوره ای مشاهده شده، آنالوگ‌های مبتنی بر نور هستند که اصطلاحاً «گالری زمزمه» نامیده می‌شوند. دلیل این نامگذاری این است که علم آواشناسی می‌تواند باعث تقویت امواج صوتی در دیوارهای یک اتاق دایره ای شده و در نتیجه حتی صدای زمزمه هم در طرف مقابل اتاق قابل شنیدن خواهد بود. این اثر در کلیسای جامع خیابان پائول در لندن در اواخر قرن ۱۸۰۰ نیز مشاهده شده است.
پژوهشگران متوجه شدند که نور می‌تواند هزاران انتقال در پیرامون محدوده میکروسفر را در کسری از ثانیه انجام دهد، که باعث می شود برخی فرکانس‌های نور فعل و انفعالاتی پیدا کنند و نور روشن تری ایجاد نمایند. در حالی که فرکانس های دیگر، خودشان را از چرخه بیرون می کنند. این فرایند پیک‌های غیرطبیعی مشاهده شده را توجیه می‌کند.
زمانی که شدت جریان نور عبور کننده از این دانه‌ها به آستانه معینی برسد، نور می تواند نشر بیشتر با همان رنگ را تحریک کند، و به نوبه خود نور بیشتری منتشر کند. فرآیند تقویت نور، اساس تمام لیزرها است که نوری قوی در محدوده بسیار باریکی از طول موج را در دانه‌ها تولید می‌کند.
اسکاک نانوذرات تخدیر شده با لانتانید را به عنوان کاندیدهای بالقوه میکرولیزر در نظر گرفت، و با اطلاعات بدست آمده از اثر «گالری زمزمه»، متقاعد شد. سپس فرناندز براوو متوجه شد زمانی که او دان ها را در معرض لیزر فروسرخ با انرژی کافی قرار می‌داد، دانه‌ها به لیزرهای تبدیل کننده بدل می‌شدند، که فرکانسشان از فرکانس اصلی لیزر بالاتر بود. علاوه بر این، او متوجه شد که دانه‌ها می‌توانند نور لیزر را در کمترین قدرتی که تاکنون برای لیزرهای مبتنی بر نانوذره تبدیل کننده ثبت شده است، تولید کنند.
فرناندز براوو بیان کرده است: «آستانه پایین به این لیزرها امکان می‌دهد تا بطور مداوم در قدرت‌های خیلی کمتری نسبت به لیزرهای قبلی کار کنند.»
در این پژوهش، محققان نتیجه گرفتند که میکرولیزرهای آنها بطور پایدار پس از پنج ساعت استفاده مداوم کار کردند. فرناندز براوو در این خصوص گفت: «ما می‌توانیم دانه‌ها را برای ماه‌ها یا سال‌ها کنار بگذاریم و آنها همچنان لیزر بتابانند.»
ترجمه: آزاده داودی
منبع: Nature Nanotechnology
