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水母熒光蛋白發(fā)出新激光 為量子物理和光學(xué)計(jì)算開(kāi)辟新途徑
[導(dǎo)讀] 研究人員把轉(zhuǎn)基因大腸桿菌產(chǎn)生的eGFP填充在許多光微腔里，作為一種“光泵”，能以納秒速度發(fā)出閃光，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到產(chǎn)生激光所需的能量。
綠色熒光蛋白極化激元激光原理示意圖：將活細(xì)胞產(chǎn)生的綠色熒光蛋白填充在微光腔中制成一層薄膜，光和電子能量混合產(chǎn)生準(zhǔn)粒子。
一個(gè)由英德科學(xué)家組成的研究團(tuán)隊(duì)在zui近出版的《科學(xué)·進(jìn)展》雜志上發(fā)表論文稱，他們將水母體內(nèi)的熒光蛋白基因插入大腸桿菌基因組，利用轉(zhuǎn)基因大腸桿菌產(chǎn)出了增強(qiáng)型綠色熒光蛋白(eGFP)并用來(lái)產(chǎn)生激光。研究人員指出，這一突破代表著極化激元激光領(lǐng)域的重大進(jìn)步，其效率和光密度都比普通激光高得多，有望為研究量子物理學(xué)和光學(xué)計(jì)算開(kāi)辟新途徑。
據(jù)美國(guó)趣味科學(xué)網(wǎng)日前報(bào)道，傳統(tǒng)的極化激元激光器用無(wú)機(jī)半導(dǎo)體做增益介質(zhì)，必須致冷到極低溫度;而有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)顯示器中的有機(jī)電子材料能在室溫下工作，但需要有皮秒(萬(wàn)億分之一秒)光脈沖來(lái)供能。研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新激光器也能在室溫下工作，但只需納秒(10億分之一秒)脈沖。
極化激元激光來(lái)自一種量子凝聚現(xiàn)象：激光增益介質(zhì)中的原子或分子反復(fù)吸收發(fā)出光子，產(chǎn)生一種叫做極化激元的準(zhǔn)粒子，在一定條件下變成一種聯(lián)合量子態(tài)，從而發(fā)出激光。理論上極化激元激光需要的能量更少。
研究人員把轉(zhuǎn)基因大腸桿菌產(chǎn)生的eGFP填充在許多光微腔里，作為一種“光泵”，能以納秒速度發(fā)出閃光，使整個(gè)系統(tǒng)達(dá)到產(chǎn)生激光所需的能量。“光泵”能在達(dá)到激發(fā)閾值后，給設(shè)備注入更多能量以產(chǎn)生傳統(tǒng)激光。該激光發(fā)明人之一、蘇格蘭圣安德魯大學(xué)物理與天文學(xué)院教授馬爾特·蓋瑟說(shuō)，皮秒脈沖的能量更合適，但制造起來(lái)要比納秒脈沖難1000倍，他們的做法簡(jiǎn)化了很多制造工序。
蓋瑟還指出，新方法的一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)點(diǎn)是，蛋白質(zhì)分子的發(fā)光部分被一種納米大小的圓柱形外殼保護(hù)著，讓它們彼此間不會(huì)互相干擾，分子結(jié)構(gòu)很適合在高亮度下工作，更容易發(fā)出激光。但目前的激發(fā)閾值還太高，今后經(jīng)過(guò)改進(jìn)，zui終可讓極化激元激光器的激發(fā)閾值比傳統(tǒng)激光器低得多，這樣效率會(huì)更高，發(fā)光更致密。