Středa, 22 května, 2024

Mýdlové bubliny se změnily v lasery

NovéTechnologieTOP 10VědaVšechny články

Bublinové lasery se ukázaly jako působivé senzory s mnoha potenciálními aplikacemi

Fyzikové již dlouho studují mýdlové bubliny pro jejich mimořádné geometrické vlastnosti jako minimálních ploch, pro způsob, jakým oscilují, a pro krásné interferenční vzory, které se objevují na jejich povrchu, píše Magazín Discover.

Bylo by tedy snadné si myslet, že mýdlové bubliny už nemají co nabídnout z hlediska exotické fyziky a nemají žádné nové využití mimo vanu. Ale to byste se mýlili.

Přicházejí Zala Potŏcniková a Matjaž Humar z Univerzity v Lublani ve Slovinsku, kteří našli způsob, jak z mýdlových bublin udělat lasery. Díky této inovaci otevřeli skromné mýdlové bublině zcela nový svět možných aplikací.

Nejprve několik informací

Lasery produkují světlo prostřednictvím procesu optického zesílení, při kterém průchod fotonů prostředím stimuluje emisi dalších fotonů. Mýdlové bubliny jsou klíčovými součástmi laseru jako médium, které zesiluje světlo a proces optické zpětné vazby, který umožňuje posílat stejné fotony médiem vícekrát.

Ukázalo se, že mýdlové bubliny splňují všechna tato kritéria. Potŏcniková a Humar vytvořili zesilovací médium přidáním barviva do mýdla a vody, z nichž se bubliny tvoří.

A optickou zpětnou vazbu vytvoří tak, že do bubliny vyšlou laserové světlo pod úhlem, který se dotýká povrchu bubliny. Tímto způsobem se světlo zachytí uvnitř bubliny v prstenci, protože se opakovaně odráží od vnitřního povrchu, což je efekt známý jako režim šeptající galerie. „Ukázali jsme, že mýdlové a smektické bubliny dopované barvivem mohou podporovat lasování v režimu šeptající galerie,“ říkají vědci.

Mýdlové a vodní bubliny lze snadno vyrobit, ale jejich povrchovou tloušťku je obtížné kontrolovat. Proto Potŏcniková a Humar vytvářejí bubliny také pomocí samotných povrchově aktivních látek dopovaných barvivem, smektické bubliny, jak se jim říká. Ty se formují do molekulárních vrstev, takže jejich tloušťka je vždy určitým celočíselným násobkem jedné vrstvy. Jsou mimořádně stabilní a umožňují provádět experimenty na jedné bublině po dobu až 30 minut. I ony svítí stejným způsobem jako mýdlové bubliny.

„Díky své tekuté povaze jsou bubliny ve srovnání se svými skleněnými protějšky měkké,“ říkají vědci. „To ovlivňuje lasování a umožňuje některé jedinečné aplikace.“

Například laserový výkon je velmi citlivý na jakoukoli změnu velikosti nebo tvaru bubliny. „Lasování umožnilo měřit změny velikosti o velikosti pouhých 10 nanometrů v milimetrové bublině o tloušťce ∼100 nanometrů,“ říkají výzkumníci.

A to umožňuje detekovat cokoli, co ovlivňuje velikost bubliny. Potŏcniková a Humar používají své bublinové lasery k měření změn atmosférického tlaku a také elektrických polí, která mění tvar bublin. A přidáním magnetických nanočástic do filmu by prý mohli detekovat změny magnetických polí.

„Lasery s mýdlovými bublinami jsou unikátním typem mikrodutin, které jsou jedním z dosud nejlepších mikrosenzorů elektrického pole a tlaku,“ říkají vědci.

To je zajímavá práce, která mění bubliny z koupelnových kuriozit ve vysoce citlivá měřicí zařízení. Vzhledem k tomuto úspěchu se nemůžeme dočkat budoucích inovací Potŏcnikvé a Humara s gumovými kačenkami!


Ref: Soap Bubble Lasers : arxiv.org/abs/2306.14676