Forskere skaber en lille laser ved hjælp af nanopartikler

Forskere ved Aalto University, Finland, er de første til at udvikle en plasmonisk nanolaser, der fungerer ved synlige lysfrekvenser og bruger såkaldte mørke gittertilstande.

Laseren arbejder i længdeskalaer 1000 gange mindre end tykkelsen af ​​et menneskehår. Lysets levetid fanget i så små dimensioner er så kort, at lysbølgen kun når nogle få titalls eller hundredvis af gange at vrikke op og ned. Resultaterne åbner nye udsigter for sammenhængende lyskilder på chip, såsom lasere, der er ekstremt små og ultrahurtige.

Laseroperationen i dette arbejde er baseret på sølvnanopartikler arrangeret i et periodisk array. I modsætning til konventionelle lasere, hvor tilbagemeldingen af ​​lasersignalet leveres af almindelige spejle, denne nanolaser udnytter strålende kobling mellem nanopartikler i sølv. Disse partikler i størrelsen 100 nanometer fungerer som små antenner. For at producere højintensivt laserlys, mellempartikelafstanden blev matchet med laserbølgelængden, så alle partikler i arrayet udstråler i fællesskab. Organiske fluorescerende molekyler blev brugt til at levere den inputenergi (forstærkningen), der er nødvendig til lasning.

Lys fra mørket

En stor udfordring ved at opnå denne laseteknik var, at lys måske ikke eksisterer længe nok i så små dimensioner til at være nyttigt. Forskerne fandt en smart vej uden om dette potentielle problem - de producerede lasing i mørke tilstande.

"En mørk tilstand kan intuitivt forstås ved at overveje almindelige antenner:En enkelt antenne, når den drives af en strøm, stråler stærkt, der henviser til, at to antenner - hvis de drives af modsatte strømme og er placeret meget tæt på hinanden - udstråler meget lidt, "forklarer akademiprofessor Päivi Törmä." En mørk tilstand i et nanopartikelsystem fremkalder lignende strømninger i modsat fase i hver nanopartikel, men nu med synlige lysfrekvenser. "

"Mørke tilstande er attraktive for applikationer, hvor et lavt strømforbrug er påkrævet. Men uden tricks, laser i mørk tilstand ville være ret ubrugelig, fordi lyset i det væsentlige er fanget i nanopartikelarrayet og ikke kan forlade, "siger personaleforsker Tommi Hakala.

Ph.d. elev Heikki Rekola siger, "Ved at udnytte arrayets lille størrelse, vi fandt en flugtvej for lyset. Mod kanterne af arrayet, nanopartiklerne begynder at opføre sig mere og mere som almindelige antenner, der udstråler til den ydre verden. "

Forskergruppen brugte nanofabrikationsfaciliteter og renrum i den nationale OtaNano -forskningsinfrastruktur.

Resultaterne er blevet offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .