En laser i nanoskala lavet af guld og zinkoxid

Små partikler sammensat af metaller og halvledere kan tjene som lyskilder i komponenter til fremtidige optiske computere, da de er i stand til præcist at lokalisere og ekstremt forstærke indfaldende laserlys. Et hold fra Tyskland og Sverige ledet af prof. Dr. Christoph Lienau og Dr. Jin-Hui Zhong fra University of Oldenburg har nu for første gang forklaret, hvordan denne proces fungerer. Undersøgelsen er offentliggjort i det aktuelle nummer af tidsskriftet Naturkommunikation .

Til deres studie, holdet producerede hybride nanomaterialer, der kombinerer de optiske egenskaber af metaller og halvledere. Udgangspunktet for undersøgelsen var svampelignende guldpartikler med en diameter på flere hundrede milliardtedele meter (nanometer) og porer med en størrelse på omkring ti nanometer. Materialeforskerne Dr. Dong Wang og Prof. Dr. Peter Schaaf fra det tekniske universitet i Ilmenau fremstillede disse nanosvampe og brugte yderligere avancerede nanofabrikationsteknikker til at belægge svampene og infiltrere deres bittesmå porer med et tyndt lag af halvlederzinkoxiden.

Partiklerne er i stand til at ændre farven på en optisk lysstråle. For eksempel, hvis de bestråles med lyset fra en rød laser, de kan udsende blåt laserlys, som har en kortere bølgelængde. Den udsendte farve afhænger af materialets egenskaber. "At skabe sådanne såkaldte ikke-lineære optiske materialer med nanoskaladimensioner er en af ​​de store udfordringer i den nuværende optikforskning, ", rapporterer Lienau.

I fremtidens optiske computere, som kan bruge lys i stedet for elektroner til beregninger, sådanne nanopartikler kunne tjene som små lyskilder. "Man kunne kalde sådanne partikler nanolasere, " tilføjer Zhong, der sammen med Dr. Jan Vogelsang fra Lunds Universitet er hovedforfatter på undersøgelsen. Mulige anvendelser omfatter ultrahurtige optiske omskiftere eller transistorer.

For at belyse, hvordan nanomaterialer omdanner lys af en farve til en anden, teammedlemmer ledet af prof. dr. Anne L'Huillier og prof. dr. Anders Mikkelsen fra Lunds universitet i Sverige brugte en særlig mikroskopisk metode, ultrahurtig fotoemissionselektronmikroskopi. Ved at kombinere ekstremt korte lysglimt med et elektronmikroskop, de var i stand til direkte at vise, at lys er effektivt koncentreret i nanoporerne - en vigtig forudsætning for dets fremtidige anvendelse.

Prof. Dr. Erich Runge, en fysiker fra det tekniske universitet i Ilmenau, simulerede materialets egenskaber med teoretiske modeller. Som holdet rapporterer, nanopartikler sammensat af metaller og halvledere giver sandsynligvis nye muligheder for at justere egenskaberne af det udsendte lys. "Vores undersøgelse giver grundlæggende ny indsigt i, hvordan hybride metal-halvleder nanostrukturer forstærker lys, " siger Zhong. Derudover observationerne kunne være med til at udvikle materialer med endnu bedre optiske egenskaber.

Forskergruppen "Ultrafast Nano-Optics" ved University of Oldenburg ledet af prof. Dr. Christoph Lienau har specialiseret sig i at studere processer i nanoverdenen med særlig høj rumlig og tidsmæssig opløsning. Fysikerne har allerede opnået flere betydelige gennembrud på dette område. Først for nylig, de udviklede en metallisk superlinse lavet af guld med tidligere uopnået optisk opløsning.