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水母熒光蛋白發(fā)出新激光 為量子物理和光學計算開辟新途徑
[導讀] 研究人員把轉基因大腸桿菌產(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，使整個系統(tǒng)達到產(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)生準粒子。
一個由英德科學家組成的研究團隊在zui近出版的《科學·進展》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，利用轉基因大腸桿菌產(chǎn)出了增強型綠色熒光蛋白(eGFP)并用來產(chǎn)生激光。研究人員指出，這一突破代表著極化激元激光領域的重大進步，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和光學計算開辟新途徑。
據(jù)美國趣味科學網(wǎng)日前報道，傳統(tǒng)的極化激元激光器用無機半導體做增益介質(zhì)，必須致冷到極低溫度;而有機發(fā)光二極管(OLED)顯示器中的有機電子材料能在室溫下工作，但需要有皮秒(萬億分之一秒)光脈沖來供能。研究團隊開發(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吸收發(fā)出光子，產(chǎn)生一種叫做極化激元的準粒子，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，使整個系統(tǒng)達到產(chǎn)生激光所需的能量。“光泵”能在達到激發(fā)閾值后，給設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物理與天文學院教授馬爾特·蓋瑟說，皮秒脈沖的能量更合適，但制造起來要比納秒脈沖難1000倍，他們的做法簡化了很多制造工序。
蓋瑟還指出，新方法的一個關鍵優(yōu)點是，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著，讓它們彼此間不會互相干擾，分子結構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)過改進，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，這樣效率會更高，發(fā)光更致密。