Российские ученые совместно с зарубежными коллегами разработали нанолазер на основе нитридных нитевидных нанокристаллов InGaN. Как рассказали в пресс-службе Санкт-Петербургского университета (СПбГУ), научные сотрудники которого принимали участие в проекте, минимальная ширина полосы излучения и малые размеры самого прибора делают его перспективным для сенсорики, микроскопии, зондирования и проведения измерений на чипах.
Для классических лазеров, которые лежат в основе указок, сканеров и станков, существует принципиальное ограничение — дифракционный предел. Он не позволяет сжать свет в пятно меньше половины длины волны. Именно поэтому такие устройства не могут конкурировать с нанолазерами, размер которых составляет от единиц микрометров до нескольких миллиметров.
Дифракционный предел — это барьер, за которым «прячутся» вирусы, одиночные белки и мелкие наночастицы. Чтобы обойти это ограничение, в плазмон‑поляритонных нанолазерах (спасерах) используют «гибрид» света и электронных колебаний, который позволяет концентрировать энергию в значительно меньших объемах. Подобные устройства с узкой полосой излучения необходимы для проведения высокоточного зондирования: например, обнаружения единичных молекул или наночастиц, для квантовой обработки информации и микроскопических исследований со сверхвысоким разрешением.
Созданный лазер имеет поперечный размер около 60 нм и полосу излучения порядка 0,15 нм — это в 5‑10 раз меньше, чем в обычных полупроводниковых системах. Такая конструкция требует очень качественных материалов: поверхности должны быть идеально гладкими, а активная среда — давать крайне однородный сигнал без лишних примесей в спектре.
В нашей конфигурации плазмон‑поляритоны формируются в системе одиночных нитевидных нанокристаллов, расположенных на металл‑диэлектрической подложке. Мы объединили преимущества молекулярно‑пучковой эпитаксии, нитевидных нанокристаллов и квантовых ям InGaN, что и позволило достичь полученных результатов.
По словам исследователей, нитевидные нанокристаллы на основе нитридных полупроводников открывают возможности для создания нанолазеров в широком спектральном диапазоне: от «обеззараживающего» ультрафиолетового до «телекоммуникационного» инфракрасного. Сейчас ученые занимаются повышением рабочей температуры такого устройства и переходом от оптической накачки к электрической — заменой внешнего оптического возбуждения на прямое преобразование электроэнергии в генерацию излучения.
Ранее мы рассказывали, как лазер поможет бороться с обледенением самолетов.
