محققانی از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، کوچتکرین لیزر نیمه‌رسانای جهان، که قادر به تولید نور مرئی در فضایی کوچکتر از اندازه یک مولکول پروتئین است، را خلق کردند.
ساخت کوچکترین لیزر نیمه رسانای جهان
محققانی از دانشگاه کالیفرنیا، برکلی، کوچتکرین لیزر نیمه‌رسانای جهان، که قادر به
تولید نور مرئی در فضایی کوچکتر از اندازه یک مولکول پروتئین است، را خلق کردند.
این گروه نه تنها توانست به طور موفقیت‌آمیزی نور را در فضای بسیار کوچک فشرده کند
بلکه توانست روش تازه‌ای برای جلوگیری از اتلاف آن و در نتیجه رسیدن به عمل لیزری
پیدا نماید.
مدیر بخش علوم و مهندسی نانومقیاس برکلی، زیانگ ژانگ، گفت: “این کار تصورات سنتی از
محدودیت‌های لیزر را در هم می‌شکند و پیشرفت بزرگی در کاربردهای زیست‌پزشکی،
مخابرات و محاسبات ایجاد می‌کند.”
درحالیکه که عقیده رایج این است که یک موج
الکترومغناطیس مانند نور لیزر نمی‌تواند در ابعادی کوچکتر از نصف طول موجش
متمرکز شود، گروه‌های تحقیقاتی در نقاط مختلف دنیا توانسته‌اند با استفاده از
برهم‌کنشی به نام پلازمون‌های سطحی، که در آن نور به الکترون‌هایی که در سطوح
فلزات به طور جمعی نوسان می‌کنند، پیوند داده‌می‌شود؛ نور را در ابعاد کوچکتر
از چند ده نانومتر متمرکز کنند.
دانشمندان در حال رقابت سخت برای تولید و استفاده از این برانگیختگی‌های ریز
نوری و ساخت لیزرهای پلازمون سطحی هستند. با این حال، مقاومت ذاتی فلزات باعث
می‌شود که این پلازمون‌های سطحی تقریبا بلافاصله بعد از تولید از بین بروند و
یک چالش بحرانی در رسیدن به میدان الکترومغناطیسی اولیه که لازمه آغاز فرایند
لیزری است، ایجاد نمایند.
ژانگ و گروه تحقیقاتی‌اش با جفت‌کردن یک نانوسیم سولفید کادمیوم و یک سطح نقره،
که یک گپ عایق به ضخامت تنها ۵ نانومتر بین آنها قرار می‌گیرد، توانستند اتلاف
نور را متوقف کنند. در این ساختار، نور در ناحیه گپی که ابعادش ۲۰ مرتبه از طول
موج نور کوچکتر است، ذخیره می‌گردد. از آنجایی که قسمت اعظم انرژی نور در این
گپ غیرفلزی کوچک قرار می‌گیرد، اتلاف آن به طور قابل ملاحظه‌ای کاهش می‌یابد.
در نهایت، این محققان با تحت کنترل درآوردن اتلاف از طریق این طراحی “هیبریدی”
منحصر به فرد توانستند کار را بر روی تقویت نور شروع کنند. افزایش آهنگ گسیل
خودبه خودی نور می‌تواند علامت خوبی برای قابلیت این نوع برهم‌کنش باشد؛ این
محققان یک افزایش شش برابری در آهنگ گسیل خودبه‌خودی نور در یک گپ ۵ نانومتری
را اندازه‌گیری کرده‌اند.
این محققان نتایج خود را در مجله‌ی Nature منتشر کرده‌اند.
