Znajdź zawartość

zieNa Uniwersytecie Kalifornijskim w Berkeley powstał półprzewodnikowy laser, który potrafi wygenerować światło w wyjątkowo małej przestrzeni. Wystarczy mu do tego odległość zaledwie 5 nanometrów. To 100-krotnie mniej, niż potrzebują współczesne konwencjonalne lasery. W normalnych warunkach światło nie może być skupione na przestrzeni mniejszej niż wynosi limit dyfrakcyjny, czyli na mniejszej niż połowa długości jego fali. Ostatnimi czasy uczeni zaczęli eksperymentować z plazmonami powierzchniowymi, czego wynikiem było skonstruowanie opisywanego przez nas niedawno spasera. Wykorzystanie plazmonów jest jednak trudne, gdyż opory w metalu, na powierzchni którego powstają, prowadzą do ich natychmiastowego rozproszenia. Zespół naukowców z Berkeley, pod kierownictwem Xiang Zhanga, pokonał tę przeszkodę tworząc hybrydowy materiał, w którym półprzewodnik z siarczku kadmu został oddzielony od metalowego podłoża 5-nanometrową warstwą izolacyjną. Strukturę taką nazwano hybrydowym falowodem plazmonowym. Dzięki niej udało się skupić światło w przestrzeni 100-krotnie mniejszej, niż było to możliwe wcześniej. Użycie półprzewodnika oznacza zaś, że nową technikę będzie można szybko dostosować do potrzeb przemysłu. Niewykluczone, że uda się wzmocnić oddziaływanie światła na materię, co pozwoli obserwować efekty tego oddziaływania, a to z kolei umożliwi skonstruowanie wyjątkowo wrażliwych bioczujników. Naukowcy wykazali też, że ich laser jest wydajny, może więc zostać wykorzystany w telekomunikacji czy do budowy układów scalonych. Prace swoich kolegów z Berkeley pochwalili naukowcy z Purdue, twórcy pierwszego plazmonowego lasera. Zauważyli przy tym, że obu wynalazków dokonano w 50. rocznicę skonstruowania lasera i oba oznaczają ważny przełom w nanofotonice.

Dzięki pracom uczonych z Purdue University do słownika techniki wejdzie słowo "spaser". Termin ten powstał w 2003 roku na opisanie zjawiska "wzmacniania plazmonów powierzchniowych poprzez wymuszoną emisję promieniowania" (Surface Plasmon Amplification by Stimulated Emission of Radiation). Spaser możemy uznać za rodzaj lasera, jednak jest urządzeniem tak małym, że równie niewielkiego lasera nie jesteśmy w stanie wybudować. Emituje on światło widzialne, a dzięki niewielkim rozmiarom możliwe będzie zintegrowanie go w układzie scalonym, co pozwoli na zbudowanie superszybkich komputerów wykorzystujących światło do przeprowadzania obliczeń, zaawansowanych czujników czy urządzeń do obrazowania. Spaser działa dzięki plazmonom powierzchniowym, czyli elektromagnetycznym falom powierzchniowym o polaryzacji typu p. Fale te rozprzestrzeniają się wzdłuż powierzchni styku dwóch materiałów, których stałe dielektryczne mają przeciwne znaki. Naukowcom udało się zaprzęgnąć te fale do stworzenia spasera. Dzięki temu zbudowali "nanolaser oparty na spaserze", który składał się ze sfer o średnicy 44 nanometrów. Spasery zawierały złoty rdzeń otoczony przez podobną do szkła powierzchnię, która była wypełniona zielonym barwnikiem. Po oświetleniu rdzenia, plazmony generowane przez złoto były wzmacniane przez barwnik, następnie konwertowano je na fotony i emitowano jak światło laserowe. Właśnie użycie plazmonów pozwoliło na stworzenie tak niewielkiego urządzenia. Tradycyjnych laserów nie można w nieskończoność pomniejszać, gdyż optyczny rezonator, konieczny do wzmocnienia fotonów, musi być wielkości co najmniej połowy długości fali emitowanego światła. Użycie plazmonów w miejsce fotonów pozwoliło na zastosowanie rezonatora wielkości 44 nanometrów, a więc kilkunastokrotnie mniejszego od 530-nanometrowej fali emitowanej przez spaser. W przyszłości naukowcy chcą generować plazmony za pomocą prądu elektrycznego, a nie światła, dzięki czemu umieszczenie spasera w układzie scalonym i jego wykorzystanie np. w komputerach będzie znacznie łatwiejsze. Prace te to ważny krok naprzód, który, dzięki zastosowaniu skali znacznie mniejszej niż długość fali światła widzialnego, może być początkiem rewolucji w nanofotonice - stwierdził Timothy D. Sands, dyrektor Birck Nanotechnology Center na Purdue Univeristy.