Финские ученые создали миниатюрный лазер на основе наночастиц

Исследователи университета Аалто, Финляндия, первыми создали плазмонный нанолазер, работающий в видимом световом диапазоне частот и использующий так называемые темные колебания решетки.

Устройство работает со шкалой длин в 1000 раз меньше толщины человеческого волоса. Продолжительность жизни света, пойманного в таком маленьком расстоянии, настолько коротка, что волна успевает совершить колебание всего несколько десятков или сотен раз. Результаты открывают новые перспективы для источников когерентного света на чипе. В частности, это касается маленьких и быстрых лазеров.

В основу аппарата легли серебряные наночастицы, собранные в периодический массив. В отличие от современных лазеров, где ответную реакцию на сгенерированный сигнал обеспечивают обычные зеркала, здесь используется радиационная связь. Наночастицы, размером 100 нм, действуют как миниатюрные антенны. Чтобы получить лазерный луч высокой интенсивности, ученые подобрали определенное расстояние между частицами в соответствии с длиной сгенерированной световой волны. Таким образом элементы массива давали излучение в унисон. Органические флуоресцентные молекулы использовались для обеспечения подводимой энергии.

Основной проблемой была небольшая длительность существования света в таких масштабах. Ученые решили ее за счет генерации лазерного излучения в «темном» режиме.

«Процесс легко понять на примере обычных антенн, — объяснил профессор Пяйви Торма. – Одна антенна под действием тока дает сильное излучение. Пара устройств, расположенных близко друг к другу и получающих потоки с разными зарядами, излучают сигнал гораздо слабее. То же самое наблюдается в массиве наночастиц, только в видимом световом диапазоне».

Исследование опубликовано в Nature Communications.