Do cięcia, wiercenia i leczenia. Naukowcy z Wrocławia pracują nad laserem grafenowym

Laboratorium to niewielkie pomieszczenie. Naprzeciw wejścia, pod oknem stoi masywny stół. W jego nogach znajdują się poduszki olejowe, które mają tłumić wszelkie drgania. To ważne, bo badania lasera grafenowego wymagają niezwykłej precyzji. Zwłaszcza, że jest to urządzenie bardzo dokładne.

- Zajmujemy się budową laserów światłowodowych, emitujących bardzo krótkie impulsy światła. Badamy również własności grafenu i możliwości jego wykorzystania do budowy laserów - mówi dr inż. Grzegorz Soboń z wydziału elektroniki Politechniki Wrocławskiej.

Na blacie stołu znajdują się światłowody, soczewki i tłumiki. Sam grafen ukryty jest w połączeniu między dwiema nitkami światłowodu.

Wokół pełno urządzeń elektronicznych, które pokazują mnóstwo parametrów lasera. Jednak samej wiązki emitowanej przez laser, choć z łatwością przepala kartkę papieru, nie widać gołym okiem.

- Zajmujemy się laserami na podczerwień. Dlatego emitowana wiązka jest niewidzialna dla ludzkiego oka - tłumaczy dr Soboń. - W zwykłych laserach, takich jak wskaźnik w długopisie, wiązka jest małej mocy, a w dodatku świeci widzialnym dla naszego oka światłem - wyjaśnia różnicę.

Jednocześnie ostrzega, że w laboratorium trzeba być naprawę uważnym. Nie należy opierać się o stół miedzy soczewkami, bo jeśli trafi się na wiązkę, oparzenie może być bolesne. Trzeba też nosić specjalne okulary, bo światło lasera, choć niewidzialne, może uszkodzić wzrok.

Młody naukowiec przyznaje jednak, że mimo ostrożności sam nie jeden raz miał wrażenie, że gorąca igła wbija mu się w rękę.

- Charakterystyką tych laserów jest to, że one emitują wiązkę impulsową. To znaczy światło nie świeci w sposób ciągły, tylko emituje bardzo krótkie impulsy, które pojawiają się w ściśle określonych, równych odstępach czasu - wyjaśnia Soboń. - Te impulsy są bardzo krótkie. Ich czas trwania jest na poziomie femtosekund - dodaje.

Od razu wylicza też, że femtosekunda to ułamek tak krótki, jakby jedną sekundę podzielić na miliard, a potem tę miliardową część jeszcze na milion razy. - Lasery grafenowe emitują impulsy o czasach trwania na poziomie 100, 200 i 300 femtosekund - dodaje naukowiec. - Stąd wynikają ich unikalne właściwości, gdy ich światło spotka się z materią. A ponieważ czas oddziaływania jest bardzo krótki, można uzyskiwać wysoką jakość obrabianych powierzchni czy też selektywne wybieranie tkanek biologicznych - wyjaśnia.

Żeby zaprezentować jak działa laser, dr Soboń bierze do ręki kartkę papieru. Umieszcza ją między soczewkami. Po chwili w miejscu gdzie wiązka lasera natrafia na papier pojawia się błysk. Dosłownie żółta iskra. Pojawia się dym. Widać też precyzyjne przecięcie.

Podobnie może to wyglądać w przypadku kontaktu z ludzką tkanką, metalami czy też drewnem lub plastikiem.

- Lasery grafenowe mogą znaleźć potencjalne zastosowanie w wielu obszarach przemysłu, ale też badaniach naukowych - mówi Soboń. - Także w medycynie, zwłaszcza w dermatologii, chirurgii i mikrochirurgii. Ten laser to potencjalne narzędzie dla chirurgów do bardzo precyzyjnego wycinania tkanek biologicznych - wylicza.

Od razu dodaje, że w przyszłości laser przyda się też w przemyśle przy obróbce materiałów. Znajdzie swoje zastosowanie przy cięciu, grawerowaniu i wykonywaniu bardzo precyzyjnych mikrowierceń w różnych materiałach. Oraz w szybkiej telekomunikacji optycznej i spektroskopii laserowej, czyli detekcji śladowych ilości różnych materiałów.

- Obecnie laserami światłowodowymi z grafenem zajmuje się kilka grup na świecie. My możemy się pochwalić, że jesteśmy w światowej czołówce - zapewnia Soboń.

Sam grafen to materiał przyszłości. Świetny przewodnik, który jest lekki i elastyczny. Jest drogim krewnym węgla, jakim opala się w piecach, a jego odkrywcy uzyskali go chałupniczą metodą. Warstwę grafenu oderwali taśmą klejącą z bloku grafitu. Andriej Gejm i Kontantin Nowosiołow za swoje odkrycie dostali zresztą w 2010 roku nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki.

Pierwszy laser z użyciem grafenu powstał na świecie w 2009 roku. Pierwsze takie urządzenie w Polsce powstało niespełna 2 lata później na Politechnice Wrocławskiej.

Nad grafenowym laserem pracują naukowcy z Wrocławia

Autor: Daniel Rudnicki / Źródło: TVN24 Wrocław