Pesquisadores da Aalto University, Finlândia, são os primeiros a desenvolver um nanolaser plasmônico que opera em frequências de luz visível e usa os chamados modos de rede escura.

O laser funciona em escalas de comprimento 1000 vezes menores do que a espessura de um fio de cabelo humano. As durações de vida da luz capturada em dimensões tão pequenas são tão curtas que a onda de luz tem tempo de subir e descer apenas algumas dezenas ou centenas de vezes. Os resultados abrem novas perspectivas para fontes de luz coerentes no chip, como lasers, que são extremamente pequenos e ultrarrápidos.

A operação do laser neste trabalho é baseada em nanopartículas de prata dispostas em uma matriz periódica. Em contraste com os lasers convencionais, em que o feedback do sinal laser é fornecido por espelhos comuns, este nanolaser utiliza acoplamento radiativo entre nanopartículas de prata. Essas partículas com tamanho de 100 nanômetros agem como minúsculas antenas. Para produzir luz laser de alta intensidade, a distância entre as partículas foi combinada com o comprimento de onda do laser para que todas as partículas da matriz irradiem em uníssono. Moléculas fluorescentes orgânicas foram usadas para fornecer a energia de entrada (o ganho) necessária para o lasing.

Luz do escuro

Um grande desafio em alcançar essa técnica de laser foi que a luz pode não existir por tempo suficiente em dimensões tão pequenas para ser útil. Os pesquisadores descobriram uma maneira inteligente de contornar esse problema potencial - eles produziram lasing em modos escuros.

"Um modo escuro pode ser intuitivamente entendido considerando as antenas regulares:uma única antena, quando conduzido por uma corrente, irradia fortemente, enquanto duas antenas - se acionadas por correntes opostas e posicionadas muito próximas uma da outra - irradiam muito pouco, "explica o professor Päivi Törmä da Academia." Um modo escuro em uma matriz de nanopartículas induz correntes de fase oposta semelhantes em cada nanopartícula, mas agora com frequências de luz visíveis. "

"Os modos escuros são atraentes para aplicações onde é necessário baixo consumo de energia. Mas sem nenhum truque, o modo escuro com lasing seria totalmente inútil, porque a luz está essencialmente presa na matriz de nanopartículas e não pode sair, "diz o cientista Tommi Hakala.

Ph.D. o estudante Heikki Rekola diz:"Utilizando o pequeno tamanho da matriz, encontramos uma rota de fuga para a luz. Em direção às bordas da matriz, as nanopartículas começam a se comportar cada vez mais como antenas regulares que se irradiam para o mundo exterior. "

A equipe de pesquisa usou as instalações de nanofabricação e salas limpas da infraestrutura de pesquisa nacional OtaNano.

Os resultados foram publicados na revista Nature Communications .