微粒聚集在Janus粒子周围。虚线描绘了激光区域，粉色/黄色线显示了几个微粒的轨迹。来源：Imperial College London

虽然许多人造材料具有先进的性能，但要将生物材料的多功能性和功能性结合起来，使之适应它们的情况，还有很长的路要走。例如，在人体中，骨骼和肌肉不断重组其结构和组成，以更好地维持不断变化的体重和活动水平。

来源：Imperial College London

据《Nature Physics》杂志报道，这一创新将有助于开发智能光子材料，使其能够更好地模仿生物物质的特性，如响应性、适应性、自愈性和集体行为。这项研究来自帝国理工学院和伦敦大学学院的合作研究，他们展示了第一个自发自组织激光装置，它可以在条件变化时重新配置。

来自帝国理工学院物理系的共同第一作者Riccardo Sapienza教授说：“为我们大多数技术提供动力的激光是由晶体材料设计的，具有精确和静态的特性。我们问自己，我们是否可以创造出一种能够融合结构和功能的激光，它可以重新配置自己，并像生物材料那样合作。我们的激光系统可以重新配置和合作，从而在模拟典型生物材料的结构和功能之间不断发展的关系方面迈出了第一步。”

能够主动控制光流的可重构光子架构在下一代光子器件的实施中备受追捧可重构激光器，其激光作用可以在制造后控制，是一个仍处于起步阶段的新兴概念。由胶体组件制造的随机激光器确实锁定在其最终配置中，从而提出了绝大多数静态和固定的光学功能。在这里，我们实现了可编程随机激光器，该激光器在从几个单元吸收光后，从胶体的耗散自组装中自组织，并显示出响应性，可重构性和协作性等动态特征。当胶体簇动态地达到由自组装过程控制的阈值尺寸时，就会出现激光。

可编程随机激光器中胶体的可逆自组织。

激光是一种把光放大以产生一种特殊形式的光的装置。该团队实验中的自组装激光器由分散在高“增益”(即放大光的能力)液体中的微粒组成。一旦足够多的这些微粒聚集在一起，它们就可以利用外部能量来“发射”——产生激光。

一个外部激光被用来加热一个“Janus”粒子(一种表面涂有吸光材料的粒子)，微粒聚集在它周围。通过改变外部激光的强度，这些微粒子簇所产生的激光可以被打开或关闭，而外部激光的强度反过来又控制了微粒子簇的大小和密度。

耗散胶体积聚和随机激光的动力学。

该团队还展示了激光簇如何通过加热不同的Janus粒子在空间中转移，展示了该系统的适应性。Janus粒子也可以相互协作，创造出超越简单添加两个粒子群的属性，比如改变它们的形状和提高它们的激光功率。

来自伦敦大学学院化学系的合著者Giorgio Volpe博士说:“如今，激光在医学、电信和工业生产中都是理所当然的事情。具有逼真性能的激光将有助于开发健壮、自主和耐用的下一代材料和设备，用于传感应用、非常规计算、新光源和显示。”

通过负载转移重新配置随机激光器。

下一步，该团队将研究如何改善激光的自主行为，使它们更加逼真。该技术的第一个应用可能是用于智能显示器的下一代电子墨水。

来源：Self-organized lasers from reconfigurable colloidal assemblies, Nature Physics (2022). DOI: 10.1038/s41567-022-01656-2. www.nature.com/articles/s41567-022-01656-2