Дослідники створили крихітні лазери за допомогою срібних наночастинок

Дослідники з університету Аальто (Aalto University), Фінляндія, розробили і створили перші зразки так званих плазмонних нанолазерів, крихітних лазерів, що випромінюють світло видимого діапазону.

Такі лазери, розмір яких в тисячу разів менше товщини людської волосини і які мають високу швидкодію, є перспективними джерелами когерентного світла, які можуть бути вбудовані в структуру оптико-електронного чіпа і можуть стати його “рушійною силою”.

Нанолазер є деяка кількість срібних наночастинок, розташованих у вузлах періодичної решітки. На відміну від традиційних лазерів, де когерентний світло виходить за рахунок використання дзеркал, в нанолазер використовується оптичне “зчеплення” між плазмонами, що виникли на поверхні срібних наночастинок. Відстань між наночастинками, розмір яких дорівнює приблизно 100 нанометрів, підібрано так, що воно є кратним довжині хвилі випромінюваного світла, а власне наночастинки виступають в ролі наноантенн, які випромінюють когерентний світло, діючи в унісон з іншими наночастинками. А для посилення світла і надання йому монохромности використовуються спеціальні органічні флуоресцентні молекули.

Основна проблема в справі отримання когерентного світла всередині настільки крихітних пристроїв полягає в тому, що шлях, який проходять фотони світла, надзвичайно короткий для того, щоб все фотони світла “синхронізувалися” один з одним і стали когерентними. Вчені з Фінляндії вирішили цю проблему досить незвичайним шляхом.

“Принцип роботи нашого пристрою дуже наочно демонструється наступним прикладом. Якщо взяти єдину антену, то що випромінюється нею сигнал буде сильно зміцнився. Але якщо дуже близько розташувати дві однакові антени і подати на них протифазний сигнал, то їх сумарне випромінювання буде вкрай слабким” – розповідає професор Пайвен Терме (Paivi Torma), – “Наночастки в матриці нашого нанолазер працюють в якості протифазних антен, частота випромінювання яких відповідає частоті світла видимого діапазону”.

“Такий спосіб з першого погляду здається марним, адже весь світ потрапляє в пастку між наночастинками і не може вийти назовні” – розповідає Томмі Хекела (Tommi Hakala), співробітник наукової групи, – “Для вирішення даної проблеми нам довелося зробити” запасний вихід “для світла. Ці виходом є наночастки на краях матриці, які відрізняються від інших наночастинок і діють як звичайні антени, направляючі світло в зовнішнє середовище “.