دانشمندان همیشه مجذوب رنگهای درخشان و ساختارهای پیچیده پرهای پرندگانی مانند طاووس هندی بودهاند. اکنون، یک پژوهش جدید خاصیت شگفتانگیزی از این پرهای نمادین را آشکار کرده است: توانایی آنها برای عمل کردن بهعنوان تشدیدکنندههای لیزر بسیار کوچک، به شرطی که با یک رنگ فلورسنت رایج ترکیب شوند.
این تحقیق که توسط پژوهشگرانی از چندین دانشگاه آمریکایی انجام و در نشریه «نیچر» منتشر شده، به بررسی رفتار باربولهای پر طاووس (ساختارهای میکروسکوپی که «چشمش» معروف و درخشان روی پر را ایجاد میکنند) پرداخت. هدف این بود که مشخص شود آیا نوری که از این پرهای رنگشده ساطع میشود میتواند اطلاعاتی درباره ساختار بیولوژیکی زیرین آنها فاش کند و آیا کریستالهای فوتونیک رنگارنگ موجود در پرها میتوانند بهعنوان مکانیزم بازخورد برای تولید نور لیزر عمل کنند یا خیر.
برای انجام آزمایش، دانشمندان پرهای طبیعی طاووس را تهیه کردند، ناحیه چشمشکل را با دقت برش دادند و قسمتهای مشخصی را بهطور مکرر با محلولی حاوی رنگ رودامین 6G خیس و خشک کردند. این رنگ به دلیل فلورسانس روشن خود هنگام قرار گرفتن در معرض نور لیزر سبز، بهخوبی شناخته شده است. سپس تیم با استفاده از پالسهای لیزر سبز، پرهای آمادهشده را روشن کرد و نور ساطعشده را از طریق یک سیستم طیفسنج تخصصی جمعآوری کرد.
نتایج اولیه نشان داد که تنها یکبار رنگ کردن پرها کافی نیست؛ انتشار لیزر فقط پس از چند چرخه خیس و خشک کردن پدیدار شد. این یافته حاکی از آن بود که هم رنگ و هم حلال باید به عمق باربولها نفوذ کرده و احتمالاً ریزساختار آنها را تغییر دهند تا این اثر مشاهده شود.
هنگامی که لیزر به قسمتهای مختلف چشمشکل پر، با رنگهای آبی، سبز، زرد یا قهوهای، تابانده شد، پژوهشگران قلههای انتشار لیزر تیز و ثابتی را مشاهده کردند، بهویژه در طول موجهای 574 نانومتر و 583 نانومتر. این خطوط از فلورسانس گستردهتر رنگ متمایز بودند و در تمام نمونههای پر و مناطق رنگی آزمایششده ظاهر شدند، که نشاندهنده یک اثر تکرارپذیر و پایدار بود.
پژوهشگران با تجزیه و تحلیل طیفهای انتشار، دریافتند که رفتار لیزر مشاهدهشده با انتظارات از لیزرهای موسوم به «تصادفی» مطابقت ندارد. لیزرهای تصادفی معمولاً از محیطهای نامنظم و با پراکندگی بالا ایجاد میشوند و خطوط انتشار غیرقابل پیشبینیتری دارند. در عوض، پرهای طاووس مدهای ثابتی را در طول موجهای خاص تولید کردند، بدون توجه به رنگ یا ساختار موضعی، که تیم را به این نتیجه رساند که مکانیزم بازخورد لیزر با مکانیزمی که مسئول رنگهای درخشان پرهاست یکسان نیست.
تحلیل پیشرفته خطوط طیفی نشان داد که بازخورد به احتمال زیاد از ساختارهای منظم و میانمقیاس ناشی میشود که در سراسر چشمشکل و در داخل باربولهای پر وجود دارند. این مکانیزم با کریستالهای فوتونیک و یا مسیرهای پراکندگی تصادفی متفاوت است. این مطالعه همچنین توضیحات جایگزین مانند لیزرهای «حالت گالری زمزمه» را رد کرد که نیازمند حفرههای دایرهای دقیقی هستند که بهطور طبیعی در پرهای طاووس یافت نمیشوند.
اگرچه کاربردهای عملی این یافتهها هنوز حدسی است، اما نتایج نشاندهنده یک روش جدید برای بررسی سازماندهی داخلی مواد بیولوژیکی پیچیده از طریق اندازهگیری طیفهای انتشار لیزر آنها پس از آغشته شدن به رنگ است. با استفاده از این تکنیک، ممکن است روزی بتوان موتیفهای ساختاری یا حفرههای «پنهان» را در داخل پرها و سایر بافتها شناسایی یا نقشهبرداری کرد که فرصتهای جدیدی را برای پژوهش در زمینه علوم مواد، بیوفوتونیک و فناوریهای لیزر الهامگرفته از زیستشناسی فراهم میکند. به عنوان مثال، ناتان داوسون از دانشگاه فلوریدا پلیتکنیک به نشریه «آرس تکنیکا» گفته است که این تحقیق میتواند به ساخت لیزرهای ایمن و زیستسازگار برای استفاده داخلی در بدن انسان برای حسگری، تصویربرداری و درمان کمک کند.
منبع: techspot