Znajdź zawartość

Naukowcy z MIT-u zaprezentowali pierwszy laser z germanu, który generuje fale światła o długości przydatnej w komunikacji. To jednocześnie pierwszy laser germanowy działający w temperaturze pokojowej. German, w przeciwieństwie do wielu innych materiałów, może być łatwo wykorzystany we współczesnym przemyśle półprzewodnikowym. Ponadto, co niezwykle ważne, skonstruowanie wspomnianego lasera dowodzi, że, wbrew wcześniejszym przewidywaniom, półprzewodniki z pośrednim pasmem wzbronionym mogą posłużyć do produkcji laserów. To niezwykle ważny krok w kierunku budowy komputerów przesyłających dane, a niewykluczone że i dokonujących obliczeń, za pomocą światła w miejsce elektryczności. Rosnąca wydajność obliczeniowa układów scalonych oznacza, że pomiędzy poszczególnymi komponentami komputera trzeba przesyłać coraz więcej danych. Wykorzystywanie do tego celu prądu elektrycznego ma tę wadę, że im szybciej chcemy przesłać informacje, tym więcej energii musimy zużyć. Znacznie bardziej wydajną metodą jest użycie światła, jednak tutaj pojawia się konieczność opracowania taniego sposobu integracji podzespołów optycznych i elektronicznych w jednym układzie scalonym. Wprowadzenie każdego nowego rodzaju podzespołów do układu scalonego to poważne wyzwanie. Trzeba bowiem znaleźć taki materiał, który pozwala na wyprodukowanie pożądanego podzespołu o potrzebnych właściwościach, a który jednocześnie dobrze wiąże się chemicznie z warstwami układu scalonego znajdującymi się pod nim i nad nim. Ponadto proces nakładania nowego podzespołu musi odbywać się w temperaturach i środowisku chemicznym odpowiednich dla innych materiałów tworzących układ scalony. Wiele takich materiałów źle "współpracuje" z krzemem, dlatego np. proces umieszczania w chipie laserów z arsenku galu jest bardzo skomplikowany i kosztowny. Tymczasem techniki pracy z germanem są dobrze poznane, znacznie prostsze i tańsze. German wykorzystywany jest od lat przez większość producentów półprzewodników. Służy on do produkcji rozciągniętego krzemu, w którym elektrony poruszają się szybciej, niż w zwykłym krzemie. We współczesnej elektronice wykorzystywane są takie półprzewodniki jak krzem, german czy arsenek galu. Ten ostatni jest materiałem o bezpośrednim paśmie wzbronionym. W środowisku naukowym krążyła opinia, że materiały z pośrednim pasmem wzbronionym nigdy nie wygenerują światła laserowego - mówi Jurgen Michel z Electronic Materials Research Group, który brał udział w opracowaniu germanowego lasera. Tego uczą w szkole - wtóruje mu profesor Lionel Kimerling, szef grupy badawczej. Dzieje się tak dlatego, gdyż w półprzewodniku elektron znajdujący się w paśmie przewodzenia może przyjąć jeden z dwóch stanów. W jednym z nich uwalnia energię w postaci fotonu, w drugim - w inny sposób, np. w postaci ciepła. W materiałach o bezpośrednim paśmie wzbronionym stan, w którym emitowany jest foton, jest niższym stanem energetycznym. W półprzewodnikach o paśmie pośrednim, niższym stanem jest drugi z nich. Tak więc w sposób naturalny elektron emituje foton tylko w półprzewodnikach o paśmie bezpośrednim. Naukowcom z MIT-u udało się jednak zmusić elektrony germanu do przejścia w wyższy, emitujący fotony, stan energetyczny. Jedna z metod to wzbogacenie kryształu germanu o fosfor, który posiada pięć zewnętrznych elektronów, podczas gdy german ma ich cztery. Każdy atom fosforu daje zatem jeden dodatkowy elektron, który wypełnia niższy stan energetyczny powodując, że pobudzone elektrony germanu pozostają w stanie wyższym i emitują foton. Z wyliczeń uczonych wynika, że optymalny poziom domieszkowania germanu wynosi 1020 atomów fosforu na każdy centymetr sześcienny germanu. Obecnie udało im się opracować technologię, pozwalającą na domieszkowanie na poziomie 1019 i już zaobserwowano emisję światła laserowego. Drugim sposobem na zmuszenie elektronów germanu do przyjęcia wyższego stanu energetycznego jest zmniejszenie różnicy pomiędzy stanem wyższym a niższym, co zwiększa prawdopodobieństwo, iż elektrony znajdą się w wyższym stanie. Aby tego dokonać, uczeni rozciągnęli german umieszczając go w podwyższonej temperaturze na krzemie. Po schłodzeniu krzem nie skurczył się, a stygnące atomy germanu, próbując dopasować się do atomów krzemu, nieco zwiększyły odległości pomiędzy sobą. Odpowiednio manipulując kątem i odległościami wiązań atomowych, uczeni byli w stanie zmienić wartości poziomów energetycznych. Przy okazji, jak pochwalił się Kimerling, jego zespół wynalazł technikę umieszczania germanu na krzemie i kontrolowania całego procesu.

Naukowcy z University of Utah wyjaśnili działanie polimerowego lasera, który opracowali przed 10 laty. Dotychczas nie było wiadomo, na jakiej zasadzie pracuje, więc niektórzy specjaliści w ogóle podejrzewali, że polimerowy laser to oszustwo. Teraz uczeni z Utah zauważyli, że w polimerach istnieją wolne przestrzenie, które działają jak lustra i to dzięki nim pracuje ich laser. Do tej pory nikt nie wiedział, jak to działa. Udało nam się sfotografować te przestrzenie. To wielki krok w kierunku zrozumienia zjawiska, w którego istnienie wielu nie wierzyło - powiedział profesor Zeev Valy Vardeny, twórca polimerowego lasera. Tradycyjne lasery korzystają najczęściej z precyzyjnie ustawionych luster, które działają jak rezonatory. Jednak w laserach takiego typu, jak wynaleziony przez Valy Vardeny, światło nie wędruje pomiędzy celowo ustawionymi lustrami, ale pomiędzy przypadkowo rozrzuconymi ośrodkami, od których się odbija. W roku 1999 profesor Vardeny opisał laser z przypadkowo rozłożonymi ośrodkami emisji. Wraz z zespołem pokazał on urządzenie, które wykorzystywało polimer i emitowało światło o różnych długościach fali w wąskim paśmie podczerwieni. Emisja wyglądała tak, jak generowana przez laser z rezonatorem optycznym. Problem w tym, że nie było żadnych rezonatorów. Nikt nie rozumiał zasady jego działania - mówi Vardeny. Wkrótce inne grupy naukowców zaczęły opracowywać podobne lasery korzystające z innych materiałów. Teraz zespół Valy Vardeny'ego oświetlił wykorzystywany przez siebie polimer zielonym światłem tradycyjnego lasera, co wywołało czerwoną emisję z polimeru. Badacze skupili soczewki na konkretnym, niewielkim obszarze polimeru i wykonali 10 000 zdjęć. Po ich nałożeniu na siebie znaleźli niewielkie przestrzenie, które działają jak lustra. Dzięki wykorzystaniu transformacji Fouriera byli w stanie dokładnie zbadać właściwości "luster". Profesor Vardeny rozpoczął teraz badania nad wykorzystywaniem swojego lasera do wykrywania komórek nowotworowych. Już w 2004 roku w Applied Physics Letters opublikował artykuł, w którym opisywał, eksperyment, podczas którego do tkanek - zdrowej oraz nowotworowej - wstrzyknięto czerwony fluoroscencyjny barwnik, a następnie oświetlono je laserem Okazało się, że emisja światła z tkanki chorej była inna niż ze zdrowej. Ma to związek prawdopodobnie z faktem, iż ma ona mniej uporządkowaną strukturę. Zeev Valy Vardeny uważa, że zrozumienie mechanizmu działania nowego lasera pozwoli na stworzenie zautomatyzowanych testów, umożliwiających szybkie rozpoznawanie nowotworów.

Brytyjscy naukowcy z uniwersytetów w Bristolu, Glasgow i Southampton wykorzystali matematyczną teorię węzłów, do stworzenia hologramu, w którym światło tworzy optyczne wiry. Dzięki temu pokazali, jak można w praktyce zastosować abstrakcyjną teorię. Ich prace przyczynią się do lepszego zrozumienia światła i będą miały duże znaczenie dla rozwoju laserów. Światło porusza się w przestrzeni w sposób podobny do wody w rzece. Co prawda bardzo często porusza się po liniach prostych,może jednak tworzyć optyczne wiry. Wzdłuż nich intensywność światła jest równa zero. Całe światło wokół nas jest wypełnione tymi ciemnymi liniami - mówi doktor Mark Dennis. Linie te można zauważyć tworząc odpowiedni hologram. Zdaniem profesora Miles Padgetta, hologram, który powstał dzięki teorii węzłów, przyda się w przyszłości do tworzenia doskonalszych laserów.

Naukowcy z California Institute of Technology (Caltech) niedawno opracowali nowe techniki obrazowania, które teraz pozwoliły im na wykonanie zdjęć pól elektrycznych tworzących się wskutek interakcji elektronów i fotonów. Mogli też śledzić zmiany zachodzące w strukturach w skali atomowej. Czterowymiarowa mikroskopia (4D) wykorzystuje pojedynczy elektron, który do tradycyjnej mikroskopii elektronowej wprowadza wymiar czasu, dzięki czemu możliwe jest śledzenie zmian w skali atomowej. Podczas testów naukowcy byli w stanie skupiać strumień elektronów na wybranym przez siebie obszarze obserwowanego obiektu. W tradycyjnej mikroskopii strumień elektronów uderza w obiekt, elektrony odbijają się od atomów obiektu, trafiają do detektora, dzięki któremu uzyskujemy obraz. Jeśli jednak atomy obiektu się poruszają, obraz jest zamazany, przez co części detali nie można dostrzec. Uczeni z Caltechu wykorzystali impulsy elektronów w miejsce stałego ich strumienia. Najpierw testowa próbka, w tym wypadku był to kawałek krystalicznego krzemu, jest podgrzewana za pomocą krótkiego impulsu lasera. Następnie trafia w nią femtosekundowy impuls elektronów. Dzięki temu, że trwa on niewiarygodnie krótko, atomy w próbce nie zdążą przemieścić się na zbyt dużą odległość, dzięki czemu uzyskujemy ostry obraz. Odpowiednio dobierając czas pomiędzy kolejnymi podgrzaniami próbki a bombardowaniem jej elektronami, naukowcy mogą wykonać całą serię "fotografii", którą następnie składają w "film". Technikę tą opracował wybitny naukowiec Ahmed Zewail, laureat Nagrody Nobla w dziedzinie chemii. Brał on też udział, wraz z Brettem Barwickiem i Davidem Flanniganem, w stworzeniu techniki nazwanej indukowaną przez fotony mikroskopią elektronową bliskiego pola (PINEM). Korzysta ona z faktu, że w nanostrukturach fotony generują zanikające pole elektryczne, które może być źródłem energii dla elektronów. Uczeni wykorzystali ten fakt do oświetlania niektórych materiałów impulsem lasera, co powodowało, że materiały te zaczynały "świecić". Rozbłysk trwał bardo krótko, od dziesiątek do setek femtosekund, wystarczająco jednak długo, by udało się go zarejestrować. Podczas swoich eksperymentów uczeni oświetlali impulsami lasera węglowe nanorurki i srebrne nanokable. Natychmiast po impulsie laserowym w kierunku próbek wysyłano elektrony, które "żywiły" się energią generowanych przez fotony pól elektrycznych. Ilość energii pobieranej przez elektrony była proporcjonalna do długości fali światła laserowego. Technika ta pozwala na obrazowanie zanikających pól elektrycznych dzięki badaniom zmian w poziomie energii poszczególnych elektronów. Jak zauważyli twórcy nowej techniki, otwiera ona nowe możliwości przed specjalistami zajmującymi się plazmoniką, fotoniką i dyscyplinami pokrewnymi. To, co jest najbardziej interesujące z punktu widzenia fizyki to fakt, że możemy obrazować fotony za pomocą elektronów. W przeszłości, z powodu trudności w odróżnieniu energii i momentu elektronów i fotonów, nie sądziliśmy, że uda się uzyskać technikę podobną do PINEM czy że uda się zwizualizować to w czasie i przestrzeni - stwierdził Zewail.

Przeprowadzono testy pierwszego uniwersalnego, programowalnego komputera kwantowego. Odbyły się one w warunkach laboratoryjnych i ujawniły sporo problemów, które muszą zostać rozwiązane, zanim tego typu komputer pojawi się poza laboratorium. Podczas testów prowadzonych przez zespół Davida Hanneke użyto urządzenia skonstruowanego przez amerykański Narodowy Instytut Standardów i Technologii (NIST). Maszyna wykonuje obliczenia na dwóch kubitach (kwantowych bitach). Obliczenia kwantowe były wykonywane już wcześniej, jednak dotychczas udawało się je przeprowadzać tylko dla pewnych specyficznych algorytmów. Teraz amerykańscy naukowcy pokazali, w jaki sposób wykonywać każdy rodzaj kwantowych obliczeń za pomocą tego samego urządzenia. Jego sercem jest pokryta złotem płytka aluminium. Umieszczono na niej elektromagnetyczną pułapkę o średnicy 200 nanometrów, w której uwięziono dwa jony magnezu i dwa berylu. Magnez działa jak rodzaj "zamrażarki", eliminując niepożądane wibracje i utrzymując stabilność systemu jonów. Całość uzupełniały lasery, w których świetle zakodowano kwantowe bramki logiczne. Seria impulsów z zakodowanymi bramkami trafia w jony, a wyniki są odczytywane przez inny laser. Spośród nieskończonej liczby operacji, które można przeprowadzić na dwóch kubitach, wybrano 160 przypadkowych, by sprawdzić uniwersalny charakter komputera. Podczas każdej z operacji oba jony berylu były ostrzeliwane impulsami lasera, w których zakodowano 31 różnych bramek logicznych. Każdy ze 160 programów został uruchomiony 900 razy. Uzyskane wyniki porównano z teoretycznymi wyliczeniami i okazało się, że maszyna pracuje tak, jak to przewidziano. Stwierdzono, że każda bramka logiczna pracuje z ponad 90-procentową dokładnością, jednak po ich połączeniu system osiągnął dokładność około 79%. Działo się tak dlatego, że istnieją niewielkie różnice w intensywności impulsów z różnymi zakodowanymi bramkami. Ponadto impulsy muszą być rozdzielane, odbijane i przechodzą wiele innych operacji, przez co wprowadzane są kolejne błędy. Mimo osiągnięcia dobrych rezultatów, system musi być znacznie poprawiony. Naukowcy z NIST mówią, że musi on osiągnąć dokładność rzędu 99,99% zanim trafi do komputerów. By tego dokonać należy poprawić stabilność laserów i zmniejszyć liczbę błędów wynikających z interakcji światła z komponentami optycznymi.

Zespół z Laboratorium Badawczego Sił Powietrznych Stanów Zjednoczonych prowadzi zaawansowane badania nad bezprzewodowym przesyłaniem kwantowych informacji zakodowanych w świetle lasera. Opracowany przez uczonych system umożliwia szybkie przesłanie danych na odległość kilkudziesięciu kilometrów. Zakodowane w świetle lasera kwantowe informacje są o tyle bezpieczne, że każda próba podsłuchu prowadzi do zmiany danych, a więc podsłuchiwani natychmiast się o tym dowiedzą. Wysyłanie zakodowanych w świetle informacji jest niezwykle trudne jeśli nie odbywa się ono za pośrednictwem kabla. W powietrzu występuje bowiem olbrzymia liczba czynników, które mogą zakłócić komunikację. Są nimi turbulencje, zmiany temperatury czy wiatry wiejące w atmosferze. Amerykańskim uczonym, pracującym pod kierunkiem doktora Davida H. Hughesa udało się przeprowadzić laserową transmisję danych na odległość 35 kilometrów. Informacje zostały skutecznie przesłane zarówno wówczas, gdy ich odbiorca znajdował się na ziemi, jak i wtedy, gdy odczytywał je na pokładzie samolotu lecącego na wysokości 3000 metrów. W najbliższym czasie chcą przeprowadzić kolejny test z jeszcze wyżej lecącym samolotem. Specjaliści mają nadzieję, że już wkrótce ich system znajdzie zastosowanie podczas codziennej pracy lotnictwa wojskowego. W przyszłości nowa technologia może pozwolić pilotom na jednoczesny odbiór olbrzymich ilości danych z wielu punktów, takich jak np. inne samoloty załogowe i bezzałogowe.

Nissan pokazał robota-zabawkę, który może przyczynić się do zmniejszenia liczby wypadków samochodowych. Robot Eporo może poruszać się w grupie 7 podobnych urządzeń i jest w stanie unikać zderzenia z innymi robotami. Każdy z nich używa laserów do pomiaru odległości pomiędzy przeszkodami, a informacje są na bieżąco wymieniane pomiędzy urządzeniami. Dzięki temu, gdy jedno z urządzeń gwałtownie zmieni kierunek, inne poruszają się tak, by uniknąć zderzenia z nim. Toshiyuki Andou z Nissana zdradza, że jego zespół wzorował się na ławicach ryb. Każde ze zwierząt ma tam zapewnioną pewną swobodę ruchu i poziom bezpieczeństwa, który gwarantuje, że przy gwałtownych zmianach kierunku poruszania się, nie wpadnie na inną rybę z ławicy. W przyszłości rozwiązania zastosowane w Eporo mogą zostać użyte w produkowanych seryjnie samochodach.

Z mechaniki kwantowej znamy pojęcie superpozycji, czyli dwóch różnych stanów lub pozycji jednocześnie przyjmowanych przez obiekt. Superpozycja to niezwykle delikatny stan, który może zostać "zniszczony" przez jakikolwiek kontakt ze światem zewnętrznym. Dlatego też zjawisko superpozycji występuje w fizyce kwantowej, ale nie obserwujemy go już w naszym świecie. Wiemy, że atomy czy kwanty mogą znajdować się superpozycji. Obecnie największymi obiektami, które udało się naukowcom wprowadzić w stan superpozycji są molekuły. Oriol Romero-Isar z Instytutu Maksa Plancka uważa jednak, że może wraz ze swoim zespołem wprowadzić w stan superpozycji niewielkie formy życia. Wcześniej jednak jako eksperymentalny model posłuży wirus grypy, gdyż jest on w stanie przetrwać w próżni, a więc można przeprowadzić eksperyment, nie obawiając się, że superpozycja zostanie zaburzona przez cząsteczki powietrza. Uczeni chcą użyć skrzyżowanych promieni dwóch laserów. W miejscu krzyżowania się światła powstaje "zagłębienie optyczne", w którym zostanie uwięziony wirus. Następnie, dzięki odpowiednio dobranej częstotliwości promieni, fotony będą absorbowały energię wibrującego wirusa z okolicy jego środka ciężkości tak długo, aż mikroorganizm znajdzie się w najniższym możliwym stanie energetycznym. Gdy już tak się stanie, będzie gotowy do przyjęcia superpozycji. Tę można uzyskać wysyłając foton w kierunku pułapki. Foton zostanie jednocześnie odbity od pułapki i trafi do niej, wprowadzając ją w superpozycję. To z kolei powinno spowodować, że uwięziony wirus będzie jednocześnie znajdował się w najniższym stanie energetycznym i jakimś wyższym stanie energetycznym. Opracowali naprawdę sprytny eksperyment i, jak sądzę, możliwy do przeprowadzenia - chwali swoich niemieckich kolegów Peter Knight z Imperial College London. Romero-Isart już spekuluje, że podobnemu eksperymentowi uda się poddać niesporczaki, bardzo małe zwierzęta wodne, które są w stanie przeżyć w bardzo niekorzystnych warunkach.

Sharp opracował niebiesko-fioletową diodę laserową, która jest w stanie zapisywać dane na trój- i czterowarstwowych dyskach Blu-ray. Dioda emituje światło o długości fali 405 nanometrów i mocy 500 mW. To wystarczy do zapisania kilkuwarstwowych Blu-ray z 8-krotną prędkością. Nowa dioda powstała dzięki nowym metodom produkcji jednej ze ścian kryształu półprzewodnika. Zwykle jest ona pokryta dielektrykiem. Sharp wykorzystał dodał jednak dodatkową warstwę azotku glinu, umieszczoną pomiędzy kryształem a dielektrykiem. Dzięki takiemu rozwiązaniu urządzenie jest bardziej wytrzymałe. Sharp informuje, że nie dochodzi do jego degradacji nawet po 1000 godzinach pracy w temperaturze poniżej 80 stopni Celsjusza przy pojedynczym impulsie trwającym 30 nanosekund. Na razie nie wiadomo, kiedy nowa dioda trafi na rynek, gdyż nie istnieje nawet specyfikacja dla trój- i czterowarstwowych Blu-ray. W bieżącym roku Sharp rozpoczął produkcję 320-miliwatowych diod dla jedno- i dwuwarstwowych nośników Blu-ray.

W Laboratorium Badawczym Marynarki Wojennej USA trwają badania nad wykorzystaniem laserów do podwodnej komunikacji. Odpowiednio skoncentrowany promień lasera generuje pod wodą bańki powietrza, która pękając wydają dźwięk o głośności 220 decybeli. Amerykańscy specjaliści mówią, że system taki może przydać się zarówno w komunikacji pomiędzy łodziami podwodnymi, jak i pomiędzy łodziami a samolotami. Lasery o różnych długościach fali koncentrują wiązkę w różnych miejscach wody. Odpowiednio nimi manipulując można w bańkach powietrza zakodować wiadomość. To pozwoli na komunikację bez konieczności umieszczania osobnego sprzętu w wodzie. Obecnie, by komunikacja była możliwa, łodzie podwodne muszą się wynurzać lub też przesyłać sygnały za pomocą boi umieszczonej na powierzchni. Nowa technologia może zostać wykorzystana też do zbudowania sonara badającego dno.

zieNa Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley powstał półprzewodnikowy laser, który potrafi wygenerować światło w wyjątkowo małej przestrzeni. Wystarczy mu do tego odległość zaledwie 5 nanometrów. To 100-krotnie mniej, niż potrzebują współczesne konwencjonalne lasery. W normalnych warunkach światło nie może być skupione na przestrzeni mniejszej niż wynosi limit dyfrakcyjny, czyli na mniejszej niż połowa długości jego fali. Ostatnimi czasy uczeni zaczęli eksperymentować z plazmonami powierzchniowymi, czego wynikiem było skonstruowanie opisywanego przez nas niedawno spasera. Wykorzystanie plazmonów jest jednak trudne, gdyż opory w metalu, na powierzchni którego powstają, prowadzą do ich natychmiastowego rozproszenia. Zespół naukowców z Berkeley, pod kierownictwem Xiang Zhanga, pokonał tę przeszkodę tworząc hybrydowy materiał, w którym półprzewodnik z siarczku kadmu został oddzielony od metalowego podłoża 5-nanometrową warstwą izolacyjną. Strukturę taką nazwano hybrydowym falowodem plazmonowym. Dzięki niej udało się skupić światło w przestrzeni 100-krotnie mniejszej, niż było to możliwe wcześniej. Użycie półprzewodnika oznacza zaś, że nową technikę będzie można szybko dostosować do potrzeb przemysłu. Niewykluczone, że uda się wzmocnić oddziaływanie światła na materię, co pozwoli obserwować efekty tego oddziaływania, a to z kolei umożliwi skonstruowanie wyjątkowo wrażliwych bioczujników. Naukowcy wykazali też, że ich laser jest wydajny, może więc zostać wykorzystany w telekomunikacji czy do budowy układów scalonych. Prace swoich kolegów z Berkeley pochwalili naukowcy z Purdue, twórcy pierwszego plazmonowego lasera. Zauważyli przy tym, że obu wynalazków dokonano w 50. rocznicę skonstruowania lasera i oba oznaczają ważny przełom w nanofotonice.

Dzięki pracom uczonych z Purdue University do słownika techniki wejdzie słowo "spaser". Termin ten powstał w 2003 roku na opisanie zjawiska "wzmacniania plazmonów powierzchniowych poprzez wymuszoną emisję promieniowania" (Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Spaser możemy uznać za rodzaj lasera, jednak jest urządzeniem tak małym, że równie niewielkiego lasera nie jesteśmy w stanie wybudować. Emituje on światło widzialne, a dzięki niewielkim rozmiarom możliwe będzie zintegrowanie go w układzie scalonym, co pozwoli na zbudowanie superszybkich komputerów wykorzystujących światło do przeprowadzania obliczeń, zaawansowanych czujników czy urządzeń do obrazowania. Spaser działa dzięki plazmonom powierzchniowym, czyli elektromagnetycznym falom powierzchniowym o polaryzacji typu p. Fale te rozprzestrzeniają się wzdłuż powierzchni styku dwóch materiałów, których stałe dielektryczne mają przeciwne znaki. Naukowcom udało się zaprzęgnąć te fale do stworzenia spasera. Dzięki temu zbudowali "nanolaser oparty na spaserze", który składał się ze sfer o średnicy 44 nanometrów. Spasery zawierały złoty rdzeń otoczony przez podobną do szkła powierzchnię, która była wypełniona zielonym barwnikiem. Po oświetleniu rdzenia, plazmony generowane przez złoto były wzmacniane przez barwnik, następnie konwertowano je na fotony i emitowano jak światło laserowe. Właśnie użycie plazmonów pozwoliło na stworzenie tak niewielkiego urządzenia. Tradycyjnych laserów nie można w nieskończoność pomniejszać, gdyż optyczny rezonator, konieczny do wzmocnienia fotonów, musi być wielkości co najmniej połowy długości fali emitowanego światła. Użycie plazmonów w miejsce fotonów pozwoliło na zastosowanie rezonatora wielkości 44 nanometrów, a więc kilkunastokrotnie mniejszego od 530-nanometrowej fali emitowanej przez spaser. W przyszłości naukowcy chcą generować plazmony za pomocą prądu elektrycznego, a nie światła, dzięki czemu umieszczenie spasera w układzie scalonym i jego wykorzystanie np. w komputerach będzie znacznie łatwiejsze. Prace te to ważny krok naprzód, który, dzięki zastosowaniu skali znacznie mniejszej niż długość fali światła widzialnego, może być początkiem rewolucji w nanofotonice - stwierdził Timothy D. Sands, dyrektor Birck Nanotechnology Center na Purdue Univeristy.

Hodowanie i precyzyjne pozycjonowanie na krzemowym podłożu mikroskopijnych kryształów tlenku cynku o kształcie włóczni może zwiększyć wydajność baterii słonecznych. Doktor Jay A. Switzer i jego zespół z Missouri University of Science and Technology poinformowali w piśmie Chemistry of Materials, że ich wynalazek przyczyni się też do stworzenia doskonalszych laserów, źródeł oświetlenia czy urządzeń piezoelektrycznych. Naukowcy zanurzyli kryształ krzemu w alkalicznym roztworze zawierającym jony cynku. Doprowadziło to do porastania krzemu niewielkimi kryształami tlenku cynku o średnicy 100-200 nanometrów i długości 1 mikrometra. Tlenek cynku jest w stanie zarówno absorbować, jak i emitować światło. Tak więc w bateriach słonecznych przydadzą się jego właściwości absorpcyjne, a w laserach - emisyjne. Zarówno tlenek cynku jak i krzem są półprzewodnikami, jednak oba materiały absorbują różne spektrum promieniowania. Krzem dobrze absorbuje podczerwień, a tlenek cynku - ultrafiolet. Łącząc je uzyskujemy ogniwo o szerszym spektrum działania. Inni naukowcy już wcześniej wpadli na pomysł łączenia tych materiałów, jednak nikt nie opracował wystarczająco dobrej metody. Łączenia dokonywano metodami próżniowymi, a ze względu na wysoką reaktywność krzemu nie można było osadzać tlenku cynku bezpośrednio na nim, potrzebny był trzeci materiał, pełniący rolę bufora. Metoda taka jest jednak bardzo droga, a ponadto nie dawała gwarancji precyzyjnego osadzania. Odsetek błędów wynosił aż 40%. Switzer i jego koledzy zauważyli, że należy pochylić kryształy tlenku cynku, by można było je precyzyjnie i bez żadnego bufora osadzać na krzemie. Przy nachyleniu rzędu 51 stopni względem powierzchni krzemu, odsetek błędów został zmniejszony do 0,2%. Precyzja jest konieczna, by osiągnąć dobrą wydajność.

O laserze słyszeli chyba wszyscy, jednak niewiele osób zetknęło się z pojęciem "saser", a jeszcze mniej wie, że właśnie powstał pierwszy saser (Sound Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Jest to urządzenie podobne do lasera, jednak zamiast światła emituje ono fale dźwiękowe. Uczeni z University of Nottingham właśnie poinformowali, że we współpracy z naukowcami z ukraińskiego Instytutu Fizyki Półprzewodników Wadima Laszkariewa, wyprodukowali pierwszy saser, czyli urządzenie emitujące intensywny strumień fal dźwiękowych. W przyszłości może się ono okazać niezwykle przydatne w informatyce, obrazowaniu czy systemach bezpieczeństwa. Tam gdzie laser emituje fotony, saser wysyła fonony. W laserze strumień fotonów powstaje dzięki stymulowaniu elektronów za pomocą zewnętrznego źródła energii. Stymulowane elektrony emitują własną energię w postaci fotonów. W efekcie otrzymujemy spójną i łatwą w kontroli wiązkę światła. Podobnie działa saser, w którym jednak używa się dźwięku do uzyskania strumienia fononów. Przechodzą one nie, jak w laserze, przez rezonator optyczny, a przez "superkratownicę" składającą się z około 50 niezwykle cienkich warstw dwóch półprzewodników - arsenku galu i arsenku glinu. Każda z warstw ma kilka atomów grubości. Fonony pobudzone przez źródło energii (strumień światła), zaczynają odbijać się pomiędzy warstwami półprzewodników, pojawia się ich coraz więcej, aż w końcu wydostają się z kratownicy tworząc strumień o bardzo wysokiej częstotliwości. W zależności od budowy kratownicy możemy uzyskać strumienie o różnych właściwościach, a więc przystosować saser do różnych zadań. Jednym z jego zastosowań może być użycie sasera w roli sonogramu, czyli urządzenia do wykrywania defektów w miniaturowych układach elektronicznych. Inny pomysł na wykorzystanie sasera to użycie go w obrazowaniu medycznym oraz skanerach bezpieczeństwa na lotniskach. Wiadomo też bardzo intensywne fale dźwiękowe mogą zmieniać elektroniczne właściwości nanostruktur, a więc saser może zostać użyty jako terahercowy zegar w niezwykle szybkich układach scalonych. Profesor Anthony Kent mówi: Pomimo, że nasze prace nad saserem są motywowane czystą ciekawością, czujemy, że urządzenie to może zmienić akustykę tak, jak przez ostatnie 50 lat laser zmienił optykę.

Naukowcy z University of Rochester informują, że dzięki wykorzystaniu lasera w procesie produkcyjnym, tradycyjne żarówki mogą dawać światło tak jasne, jakby zużywały 100 watów mocy, zużywając w rzeczywistości mniej niż 60 watów. Żarówki są przy tym tańsze niż świetlówki, a ich światło jest znacznie bardziej przyjemne dla oka. Jak pamiętamy, Unia Europejska wymaga stopniowej rezygnacji z tradycyjnych żarówek na rzecz świetlówek, pomimo tego, że są one droższe, zawierają rtęć oraz są szkodliwe dla zdrowia. Tymczasem za pomocą lasera można stworzyć na wolframowym żarniku specjalne mikro- i nanostruktury, które powodują, że żarnik daje znacznie więcej światła i zużywa znacznie mniej prądu. Badaliśmy, jak bardzo szybkie impulsy światła zmieniają metal i zaczęliśmy zastanawiać się, co się stanie, gdy potraktujemy laserem żarnik. Skierowaliśmy promień przez szklaną bańkę i zmieniliśmy niewielki fragment żarnika. Po zapaleniu żarówki zobaczyliśmy, że ten fragment świeci znacznie jaśniej, a jednocześnie zużycie energii nie wzrosło - mówi Chunlei Guo, profesor optyki z University of Rochester. Kluczem do produkcji wydajnych żarników jest użycie bardzo silnego femtosekundowego lasera. Femtosekunda to jedna biliardowa część sekundy. Laser oświetla żarnik przez niezwykle krótką chwilę, ale w tym czasie na powierzchni czubka igły wyzwala tyle energii ile wynosi cała produkcja USA. To z kolei powoduje, że na metalu tworzą się mikro- i nanostruktury znacznie zwiększające jasność żarnika. Mimo tak olbrzymiej mocy laser femtosekundowy może być zasilany ze zwykłego gniazdka elektrycznego, a więc technikę taką będzie można bez przeszkód stosować podczas produkcji żarówek. Jednak Guo nie powiedział na temat żarówek jeszcze ostatniego słowa. Wraz z Anatoliyem Vorobeyvem udowodnili, że czarny żarnik świeci lepiej od tradycyjnego. Ponadto okazało się, że za pomocą lasera można zmieniać kolor niemal każdego metalu w niebieski, złoty i szary. Odpowiednio manipulując kolorami żarnika można nie tylko uzyskać oszczędności energii i lepszą intensywność światła, ale również zmienić spektrum światła w tradycyjnej żarówce tak, by było ono przyjemniejsze dla oczu, bardziej białe, czy też by dawało barwę przydatną do specyficznych zastosowań. Zespół Guo osiągnął nawet to, co dotychczas było niemożliwe - spowodował, by żarnik świecił światłem częściowo spolaryzowanym. Dotychczas taki efekt można było uzyskać stosując specjalne filtry, które jednak zmniejszały wydajność żarówki.

W Lawrence Livermore National Laboratory otwarto National Ignition Facility (NIF), miejsce w którym będzie pracował najpotężniejszy laser na świecie i gdzie będą prowadzone prace nad pozyskiwaniem energii w wyniku fuzji jądrowej. Zakład ma rozpocząć pracę pełną parą już w 2010 roku. Wówczas 192 gigantyczne lasery będą w stanie skupić swe wiązki na niewielkiej "pigułce" zawierającej wodór, rozpoczynając fuzję jądrową. Będzie to pierwszy system laserów, który wyprodukuje więcej energii, niż jej zużyje. Ma umożliwić rozpoczęcie pierwszej kontrolowanej reakcji termonuklearnej. NIF już zapisał się w historii nauki, jako pierwszy system, który dostarczył więcej niż megadżul energii. Po osiągnięciu w przyszłym roku pełnej mocy lasery dostarczą w sumie dwóch megadżuli energii. NIF ma jednak nie tylko rozpocząć epokę kontrolowanej reakcji termonuklearnej. Zakład posłuży do badań nad bronią jądrową. Stany Zjednoczone od ponad 20 lat nie wyprodukowały żadnej nowej głowicy jądrowej, a od 1992 roku nie przeprowadziły żadnej podziemnej próby z bronią jądrową. NIF pozwoli zachować starzejący się arsenał w dobrym stanie. W końcu trzecim z zadań National Ignition Facility będzie umożliwienie naukowcom badania tego, co dzieje się wewnątrz gwiazd. Otwarcie NIF spotkało się także z głosami krytyki. Budowa zakładu kosztowała 3,5 miliarda dolarów, a roczne koszty operacyjne wyniosą 140 milionów USD. Niektórzy uważają, że w czasie kryzysu gospodarczego są lepsze sposoby na wydawanie tak olbrzymich sum.

Jednym z najważniejszych i najtrudniejszych zadań, z jakimi musi się zmierzyć ekipa ratowników docierających na miejsce katastrofy, jest szybkie odnalezienie poszkodowanych wymagających natychmiastowej pomocy. Problem ten może już niedługo pozostać przykrym wspomnieniem dzięki wynalazkowi rozwijanemu przez badaczy z firmy Boeing oraz Uniwersytetu Waszyngtońskiego. Problem z odszukaniem najbardziej poszkodowanych wynika z faktu, iż wielu rannych nie jest w stanie wezwać pomocy, a nawet jeżeli osoby te zdają się być w dość dobrym stanie, nie daje to gwarancji, że nie doszło u nich do poważnych uszkodzeń wewnętrznych. Rozwiązaniem tego problemu może być aparat do szybkiej oceny czynności układu krążenia. Prototyp opracowany przez amerykańskich ekspertów działa w oparciu o laserową wibrometrię dopplerowską. Technika ta, stosowana obecnie m.in. w wykrywaczach min oraz niektórych przyrządach lotniczych, polega na ocenie szybkości ciał na podstawie pomiaru ich wibracji. W przypadku układu krążenia źródłem drgań jest, oczywiście, bijące serce, wprawiające krew w ruch o niejednostajnym, pulsującym rytmie. Najlepszą jakość sygnału udaje się uzyskać podczas obserwacji szyi, gdyż przebiegają tam duże, dobrze "widoczne" tętnice szyjne. Odczyty o zadowalającej jakości udaje się jednak uzyskać także podczas obserwacji głowy, podbrzusza, a nawet stóp. Wibrometr radzi sobie także w warunkach dalekich od idealnych, np. wtedy, gdy poszkodowany jest ubrany w wiele warstw ubrań. Pierwszy egzemplarz urządzenia jest w stanie ocenić stan pacjenta w czasie 30 sekund, zaś jego zasięg wynosi około 4 metrów. Niestety, aparat jest dość duży i mierzy ok. 38x21x15 cm, w związku z czym konieczna będzie jego miniaturyzacja. Mimo to, wynalazcy nie tracą optymizmu. Ich zdaniem, komercjalizacja przyrządu powinna nastąpić już w przyszłym roku.

Powstał najszybszy system obrazowania na świecie. Specjalna kamera jest w stanie zarejestrować obraz w czasie krótszym niż pół miliardowej części sekundy. Co więcej może w sekundę wykonać sześć milionów takich zdjęć. Urządzenie wykorzystuje światło lasera, które jest najpierw rozpraszane w przestrzeni, a następnie ściskane i wykrywane. Jego olbrzymią zaletą jest fakt, iż współpracuje z pojedynczym detektorem, a nie z milionami, jak ma to miejsce w typowym aparacie cyfrowym. Technika Steam (Serial Time-Encoded Amplified imaging) wykorzystuje efekt superkontinuum światła laserowego. Objawia sie on tym, że wyjątkowo krótkie impulsy lasera niosą ze sobą niezwykle szeroką gamę barw. Impulsy te są rozszczepiane przez dwa optyczne elementy, dzięki czemu powstaje dwuwymiarowa macierz kolorów. To ona oświetla badaną próbkę i umożliwi np. sprawdzenie płynącej krwi pod kątem występowania w niej nieprawidłowych komórek. Wszystko dzięki temu, że macierz kolorów jest bardzo precyzyjnie ułożona i przekaże bardzo szczegółową informację o rozmieszczeniu w przestrzeni poszczególnych elementów próbki. Światło odbite od próbki tworzy obraz, który wraca przez elementy rozpraszające impuls, gdzie jest "ściskane" w impuls, w którym obraz zapisany jest w rozmieszczeniu barw. Impuls trafia do specjalnego światłowodu, w którym światło o różnej długości fali wędruje z różną prędkością. Na wyjściu tego światłowodu wystarczyło zamontować standardowe fotodiody, które rejestrują czas przybycia poszczególnych fali i na tej podstawie tworzy z nich obraz nadający się do analizy. Cały proces trwa zaledwie 440 bilionowych części sekundy. Podczas eksperymentów użyto lasera, który emitował 6 milionów impulsów na sekundę. Twórcy Steam zapewniają, że możliwe jest wykorzystanie jeszcze szybszego urządzenia, bo wysyłającego ponad 10 milionów impulsów. Dotychczas istniały kamery zdolne do wykonywania zdjęć w bardzo krótkim czasie, jednak nie potrafiły zrobić więcej niż 8 ujęć na sekundę. Steam będzie idealnym narzędziem do badania krwi. Zwykle od pacjenta pobiera się krew i bada ją pod mikroskopem. Ten sposób zawodzi jednak przy wykrywaniu bardzo wczesnych stadiów wielu chorób, gdy nieprawidłowych komórek w krwi jest bardzo mało. Przykładem niech będą komórki nowotworowe, których na początku choroby jest dosłownie kilka wśród miliarda zdrowych komórek. Szansa, że pod mikroskopem uda się te komórki znaleźć, jest znikoma. Steam będzie w stanie je wyłowić śledząc przepływającą krew. Twórcy urządzenia pracują teraz nad stworzeniem takiej jego wersji, która będzie wykonywała zdjęcia 3D.

Uczeni od wielu lat pracują nad sposobami na walkę z malarią. Właśnie powstało jedno z najbardziej oryginalnych urządzeń mających ratować życie ludzi - laser do zabijania komarów. Po raz pierwszy pomysł stworzenia takiego urządzenia padł na początku lat 80. ubiegłego wieku. Jego twórcą był astrofizyk Lowell Wood. Laser nigdy jednak nie powstał. Niedawno Bill Gates, który jest bardzo mocno zaangażowany w działalność charytatywną i szczególnie interesuje go zwalczanie malarii - choroby zabijającej rocznie około miliona osób - poprosił byłego menadżera Microsoftu, Nathana Myhrvolda, o zastanowienie się nad nowymi sposobami walki z malarią. Myhrvold przejrzał dokumenty dotyczące proponowanego przez Wooda lasera. Następnie wraz z astrofizykiem Jordinem Kare z LLNL i innymi specjalistami zbudował ręczny laser, który lokalizuje pojedyncze komary i je zabija. Specjaliści mają nadzieję, że tego typu lasery można by ustawić wokół wiosek, by je chroniły przed komarami. Ewentualnie mogłyby one zostać zamontowane na dronach (bezzałogowych małych samolotach) patrolujących wyznaczone obszary. Laser ma tak dobraną moc, by szkodził tylko komarom, a był nieszkodliwy dla innych owadów i ludzi. Co więcej, na podstawie częstotliwości poruszania skrzydłami jest on w stanie odróżnić samice od samców. Tylko samice przenoszą zarodźca malarii. To jeden z wielu pomysłów na malarię. Inne zakładają szczepienie ludzi, wykorzystanie specjalnych urządzeń do niszczenia narządów zmysłów komarów, trucie owadów, zarażenie ich specjalnie dobranymi bakteriami czy stworzenie komarów-mutantów, które nie będą przenosiły malarii a wyprą inne komary.

Northrop Grumman jest autorem pierwszego elektrycznego lasera, który osiągnął moc wystarczającą do wykorzystania go w warunkach bojowych. W ramach trzeciej fazy programu Joint High Power Solid State Laser (JHPSSL) zaprezentowano urządzenie, które można włączyć w ciągu sekundy i jest ono w stanie zapewnić ciągłą wiązkę przez pięć minut. Moc wiązki wyniosła ponad 105 kilowatów. Laser jest obecnie zbyt duży i ciężki, by można go było stosować w praktyce, jednak najważniejszym osiągnięciem Northropa Grummana jest udowodnienie, że możliwe jest przekroczenie magicznej granicy 100 kW, która decyduje o przydatności lasera w warunkach bojowych. Nowy laser jest w pełni skalowalny. Składa się bowiem z siedmiu urządzeń o mocy 15 kW każde.

Podczas konferencji CanSecWest Andrea Barisani i Daniele Bianco pokazali, jak za około 80 dolarów skonstruować urządzenie do podpatrywania klawiatury i odgadnięcia wpisywanych haseł. Wystarczy użycie prostego mikrofonu laserowego, wykrywającego drgania powietrza wywołane dźwiękiem, fotodiody oraz oprogramowania do analizy danych. W ten sposób z odległości do 45 metrów byli w stanie zebrać z klawiatury informacje o naciśniętych klawiszach. Po obróbce danych komputer wiedział jakie klawisze naciśnięto i na tej podstawie dopasowywał poszczególne litery do słownika, by odgadnąć hasło. Do przeprowadzenia ataku konieczne jest, by laser "widział" klawiaturę. Jednak w podsłuchu nie przeszkadza szyba. Tak więc atak można przeprowadzić ze znajdujące go się obok budynku, a użycie lasera na podczerwień zapobiega wykryciu podsłuchu. Barisani i Bianco pokazali też inną metodę ataku. Tym razem użyli oscyloskopu, konwertera analogowo-cyfrowego i filtra. Urządzenia umożliwiły zebranie z odległości 20 metrów informacji z... sieci elektrycznej do której podłączony był komputer. Informacja wycieka do sieci. Może zostać wykryta na wtyczce komputera. Co więcej, można ją też uzyskać z wtyczek innych komputerów o ile są podłączone do tej samej sieci - mówi Barisani. Warunek: klawiatura musi być połączona z komputerem przewodowo do portu PS/2. Atak nie działa na klawiatury bezprzewodowe i podłączone do USB. Ten atak był trudniejszy do przeprowadzenia. Jego przygotowanie zajęło 5 dni i udało się uzyskać dane na temat poszczególnych naciśnięć klawiszy, ale nie ciąg informacji. Barisani i Bianco mówią, że w ciągu kilku miesięcy są w stanie tak udoskonalić swoją technikę, by rejestrowany był ciąg informacji. Szczególnie niebezpieczny jest fakt, iż ten typ ataku można wykorzystać przeciwko bankomatom, które powszechnie korzystają z klawiatur na PS/2.

Eksperymentalne metody leczenia choroby Alzheimera opierają się najczęściej na stosowaniu leków, które zapobiegałyby powstawaniu w mózgu szkodliwych białkowych złogów lub eliminowały je. Japońscy badacze proponują zupełnie inne podejście do problemu. Ich zdaniem, wadliwe elementy tkanki można niszczyć za pomocą lasera. O nowej technice informuje czasopismo Journal of Biological Chemistry. Głównym autorem publikacji jest prof. Yuji Goto z Instytutu Badań nad Białkami należącego do Uniwersytetu w Osace. Sekretem opracowanej metody jest wykorzystanie naturalnej zdolności tioflawiny T (ang. thioflavin T - ThT) do wiązania amyloidu β - pokładów białka, które, odkładając się w przestrzeniach międzykomórkowych mózgu, powodują ich stopniowe obumieranie. Początkowo ThT miała być wykorzystywana wyłącznie w celu wizualizacji amyloidu β. Związek ten, charakteryzujący się silną fluorescencją, doskonale wiązał szkodliwe złogi i uwidaczniał je w obrazie mikroskopowym. Ku zaskoczeniu badaczy okazało się jednak, że pod wpływem lasera związek ten nie tylko staje się wyraźnie widoczny, lecz także powoduje powstrzymanie narastania szkodliwych włókien, a nawet ich degradację. Badacze podążyli tym tropem i doprowadzili do opracowania zarysu przyszłej terapii choroby Alzheimera. Mechanizm oddziaływania ThT z amyloidem β nie jest jasny. Zespół prof. Goto spekuluje jednak, że światło lasera aktywuje tioflawinę T i powoduje przekazywanie pochłoniętej przez nią energii położonym w pobliżu atomom tlenu. Te ostatnie wpływają najprawdopodobniej na strukturę β2-mikroglobuliny, jednego z najważniejszych białek wchodzących w skład złogów, i niszczą ją lub zwiększają jej rozpuszczalność, ograniczając obumieranie neuronów charakterystyczne dla choroby Alzheimera. Z pewnością minie jeszcze wiele czasu, nim opracowana technika zostanie dopuszczona do użytku (o ile kiedykolwiek tak się stanie). Mimo to, biorąc pod uwagę brak skutecznego leczenia choroby Alzheimera, każda metoda wydaje się być obiecująca. Odkrycie skuteczności metod fizycznych, niewymagających stosowania jakichkolwiek leków, może otworzyć zupełnie nową drogę w badaniach nad leczeniem tego ciężkiego schorzenia, obecnie uznawanego za nieuleczalne.

Uczeni pracujący pod kierunkiem akademików z Princeton University odkryli nowy sposób na zmuszenie materiałów do emisji wiązki laserowej. Claire Gmachl z Mid-Infrared Technologies for Health and the Environment (MIRTHE) poinformowała o dodatkowej wiązce, którą znaleziono w kwantowym laserze kaskadowym. Wiązka ta ma niezwykłe właściwości, a do jej wygenerowania potrzeba znacznie mniej energii. Jeśli wyłączymy standardową wiązkę, uzyskamy lepszy laser, który bardziej efektywnie wykorzystuje energię - mówi Gmachl. Zbudowany na Princeton University laser ma zaledwie 3 milimetry długości. Składa się jednak z setek warstw różnych półprzewodników o grubości kilku atomów każda. Elektrony przechodzą przez kolejne warstwy i tracą energię co wywołuje emisję fotonów w postaci wiązki laserowej. Już w czerwcu 2007 roku poinformowano, że w tego typu laserach można zauważyć drugą wiązkę o nieco mniejszej długości fali, niż wiązka główna. Kolejne badania pokazały, że jej istnienia nie potrafimy wyjaśnić za pomocą żadnej istniejącej teorii. Okazało się też, że, w przeciwieństwie do konwencjonalnych laserów, druga wiązka jest tym silniejsza, im wyższa temperatura pracy. Co więcej, wyraźnie "konkuruje" ona z wiązką główną, gdyż ta słabnie w miarę jak druga wiązka staje się mocniejsza. Zespół Gmachl potrafi obecnie wyjaśnić sposób powstawania drugiej wiązki. Otóż w konwencjonalnych laserach tylko te elektrony, których pęd jest bliski zeru, biorą udział w emisji światła. Wiązka powstaje dzięki temu, że znaczna liczba elektronów znajduje się w stanie równowagi - mają takie same poziomy energii i pędu. Zespół z Princeton dowiedział się, że druga wiązka powstaje dzięki nierównowadze. Tworzona jest przez elektrony o niskim poziomie energii, ale dużym momencie pędu. To z kolei dowodzi, że elektrony są użyteczne w laserach nawet wówczas, gdy nie znajdują się w równowadze - mówi Gmachl. Dzięki temu odkryciu możliwe będzie tworzenie znacznie bardziej wydajnych laserów. W obecnie używanych laserach elektrony często absorbują fotony, zmniejszając wydajność urządzenia. W nowych laserach elektrony o wysokim momencie pędu nie będą absorbowały fotonów, dzięki czemu wzrośnie wydajność laserów. To z kolei oznacza, że będą one używały mniej energii i będą mniej wrażliwe na zmiany temperatury. Prototyp stworzony przez naukowców z Princeton nie osiągnął pełni swych możliwości, gdyż dominowała w nim konwencjonalna wiązka. Uczeni szukają teraz sposobów na jej wyłączenie.

Światło podczerwone stymuluje neurony zlokalizowane w uchu wewnętrznym równie skutecznie, co dźwięk - twierdzą badacze z chicagowskiego Nortwestern University. Odkrycie może oznaczać otwarcie drogi ku nowym, ulepszonym implantom wspomagającym słyszenie. Powierzchnia ucha wewnętrznego jest u zdrowego człowieka pokryta warstwą włosków. Drgają one pod wpływem wpadającego powietrza, a ich ruch jest wykrywany przez neurony, które konwertują te sygnały na impulsy elektryczne wysyłane następnie do mózgu. Zaburzenie funkcjonowania tych delikatnych struktur, np. w wyniku wad wrodzonych lub uszkodzenia, może prowadzić do głuchoty. Aby przywrócić zdolność do słyszenia, niezbędny jest odpowiedni implant. Stosowane obecnie protezy działają w oparciu o miniaturowe elektrody. Niestety, jest ich zbyt mało, by zapewnić dobrą jakość słyszenia - dwadzieścia elektrod w porównaniu z 3000 naturalnych komórek to zdecydowanie zbyt mało, by pozwolić na cokolwiek więcej, niż słyszenie rozmów. Zainstalowanie większej liczby przewodów jest z kolei niemożliwe ze względu na wzajemne zagłuszanie się wysyłanych przez nie sygnałów. Rozwiązaniem problemu może być zastosowanie lasera emitującego światło podczerwone. Pada ono na bardzo małą powierzchnię, a jego odbicia są na tyle słabe, że nie dochodzi do przypadkowej stymulacji sąsiednich komórek. Jak pokazują eksperymenty przeprowadzone przez badaczy z Northwestern University, pomysł taki ma dużą szansę na rozwiązanie problemów związanych ze stosowaniem współczesnych implantów. Autorzy badania, prowadzeni przez Clausa-Petera Richtera, oświetlali laserem wnętrze ucha martwych świnek morskich. Równolegle prowadzono pomiar aktywności elektrycznej wzgórków dolnych, elementów reagujących na wytwarzane w uchu wewnętrznym impulsy. Przeprowadzony eksperyment pokazał, że zastosowanie podczerwieni pozwoliło na uzyskanie świetnej jakości sygnału w obrębie wzgórków dolnych. Oznacza to, że gdyby zwierzęta żyły, najprawdopodobniej usłyszałyby bardzo czysty dźwięk. Obecnie nie wiadomo, w jaki sposób laser aktywuje neurony, gdyż nie zawierają one białek bezpośrednio reagujących na światło. Autorzy badania spekulują, że sygnały powstają w reakcji na ciepło, którego "nośnikiem" jest promieniowanie podczerwone. Jeżeli jest to prawda, będzie to bez wątpienia istotne odkrycie, lecz stanie się ono jednocześnie dużym wyzwaniem. Konieczne będzie bowiem zbadanie, jak neurony znoszą długotrwałe ogrzewanie. Bez tego wyprodukowanie implantów gotowych do zastosowania u ludzi będzie niemożliwe.

Astronomowie z Caltech (California Institute of Technology) oraz brytyjskiego Durham University poinformowali, że udało im się zajrzeć tak daleko w głąb kosmosu, jak nikomu wcześniej. Za pomocą teleskopu Keck na Hawajach byli w stanie zaobserwować galaktykę, oddaloną od Ziemi o 11 miliardów lat świetlnych. Dotychczas możliwa była obserwacja galaktyk odległych o 7-8 miliardów lat. Jeśli weźmiemy pod uwagę fakt, iż obserwacja odległych obiektów to nic innego jak obserwowanie ich przeszłości, zauważymy, że astronomowie znacznie przybliżyli się do momentu, w którym będą mogli zobaczyć obiekty odległe o 13 miliardów lat. A prawdopodobnie tyle czasu minęło od powstania wszechświata. Aby zobaczyć tak odległy obiekt, astronomowie wykorzystali dwie sztuczki. Jedna to naturalne zjawisko zaginania światła przez grawitację. Duże obiekty powodują, że przechodzące w ich pobliżu światło zostaje zagięte. Astronomowie wykorzystują takie naturalne kosmiczne "soczewki", gdyż dzięki nim obraz odległych obiektów jest ośmiokrotnie bardziej ostry, niż obiektu obserwowanego bez pośrednictwa "soczewek". Jednak galaktyka, którą obserwowano, jest bardzo mała. Liczy sobie zaledwie kilka tysięcy lat świetlnych. Dlatego też samo ośmiokrotne poprawienie obrazu nie pozwoliłoby na jej obserwację. Uczeni wykorzystali więc technologię optyki adaptacyjnej. Jej zadaniem jest skompensowanie faktu, iż atmosfera Ziemi rozprasza światło, pogarszając tym samym obraz. Kompensacji tej dokonuje się, mierząc rozproszenie i wprowadzając odpowiednie poprawki. By tego dokonać najpierw oświetla się laserem atmosferę. Promień lasera dociera do cienkiej warstwy sodu, znajdującej się na wysokości około 90 kilometrów i pozostawionej tam przez meteoryty spalające się w atmosferze naszej planety. Promień odbija się od sodu i dociera do głównego lustra teleskopu. Lustro mierzy zakłócenia wywołane przejściem światła przez atmosferę. Dane docierają do komputera, który następnie steruje matrycą niewielkich luster, poruszając o mikrometr każde z nich wielokrotnie w ciągu sekundy. W ten sposób zakłócenia atmosferyczne są eliminowane, a "czysty" obraz jest rejestrowany przez kamerę. Dzięki obu opisanym technikom uzyskano obraz wyraźniejszy, niż ten dostarczany przez Teleskop Hubble'a którego przecież nie zakłóca atmosfera. Obserwując odległą o 11 miliardów lat galaktykę, astronomowie odkryli, że wiruje ona podobnie, jak inne galaktyki, jednak, w przeciwieństwie do np. Drogi Mlecznej, nie wykształciła jeszcze ramion. System optyki adaptacyjnej został zamontowany w teleskopie Keck II w 2004 roku, jednak dotychczas nie był używany do obserwacji tak odległych obiektów. Odkrycie dokonane przy pomocy teleskopu Keck jest imponujące i pokazuje, ile jeszcze można osiągnąć, korzystając z najnowszych zdobyczy technologii. W ciągu najbliższych kilkunastu lat ma zostać uruchomione urządzenie, które przyćmi Kecka. Mowa tutaj o Thirty-Meter Telescope (TMT), który będzie wspólnym dziełem Amerykanów i Kanadyjczyków. Lustro TMT będzie miało dziewięciokrotnie większą powierzchnię, niż obszar głównego lustra Kecka. Ponadto nowy teleskop zostanie wyposażony w znacznie bardziej zaawansowaną technologię optyki adaptacyjnej, korzystającą z sześciu laserów. Zostanie wyposażony też w tysiące miniaturowych luster, które będą odpowiedzialne za kompensację zakłóceń obrazu przez atmosferę. W przyszłym roku zapadnie decyzja, czy TMT będzie budowany na Hawajach czy w Chile. Nowy teleskop ma powstać w ciągu 10 lat.