p Uma equipe internacional de pesquisadores anunciou o desenvolvimento do laser semicondutor mais compacto do mundo, que funciona na faixa do visível à temperatura ambiente. De acordo com os autores da pesquisa, o laser é uma nanopartícula de apenas 310 nanômetros de tamanho (que é 3, 000 vezes menos de um milímetro) que pode produzir luz verde coerente à temperatura ambiente. O artigo de pesquisa foi publicado em ACS Nano . p Sessenta anos atrás, em meados de maio, O físico americano Theodor Maiman demonstrou a operação do primeiro gerador quântico óptico - um laser. Agora, uma equipe internacional de cientistas, a maioria dos quais são da ITMO University, relata que eles demonstraram experimentalmente o laser semicondutor mais compacto do mundo que opera na faixa do visível à temperatura ambiente. Isso significa que a luz verde coerente que ele produz pode ser facilmente registrada e até mesmo vista a olho nu usando um microscópio óptico padrão.

p Os cientistas conseguiram explorar a parte verde da faixa visível, que foi considerado problemático para nanolasers. "No campo moderno de semicondutores emissores de luz, existe o problema da 'lacuna verde', "diz Sergey Makarov, investigador principal do artigo e professor da Faculdade de Física e Engenharia da ITMO University. "A lacuna verde significa que a eficiência quântica de materiais semicondutores convencionais usados ​​para diodos emissores de luz cai dramaticamente na parte verde do espectro. Este problema complica o desenvolvimento de nanolasers à temperatura ambiente feitos de materiais semicondutores convencionais."

p A equipe escolheu a perovskita halogenada como material para seus nanolasers. Um laser tradicional consiste em dois elementos principais - um meio ativo que permite a geração de emissão estimulada coerente e um ressonador óptico que ajuda a confinar a energia eletromagnética por um longo tempo. A perovskita pode fornecer as duas propriedades:Uma nanopartícula de certa forma pode atuar como meio ativo e ressonador eficiente.

p Como resultado, os cientistas conseguiram fabricar uma partícula em forma cúbica de 310 nanômetros de tamanho, que pode gerar radiação laser à temperatura ambiente quando fotoexcitada por um pulso de laser de femtossegundo.

p "Usamos pulsos de laser de femtossegundo para bombear os nanolasers, "diz Ekaterina Tiguntseva, um bolsista júnior de pesquisa na ITMO University e um dos co-autores do artigo. "Irradiamos nanopartículas isoladas até atingirmos o limite de geração de laser em uma intensidade de bomba específica. Depois disso, a nanopartícula começa a funcionar como um laser típico. Demonstramos que tal nanolaser pode operar durante pelo menos um milhão de ciclos de excitação. "

p A singularidade do nanolaser desenvolvido não se limita ao seu pequeno tamanho. O novo design de nanopartículas permite confinamento eficiente da energia de emissão estimulada para fornecer uma amplificação suficientemente alta de campos eletromagnéticos para geração de laser.

p "A ideia é que a geração de laser é um processo de limiar, "explica Kirill Koshelev, um bolsista júnior de pesquisa na ITMO University e um dos co-autores do artigo. "Você excita a nanopartícula com um pulso de laser, e em uma intensidade específica de 'limiar' da fonte externa, a partícula começa a gerar emissão de laser. Se você não for capaz de confinar a luz dentro bem o suficiente, não haverá emissão de laser. Nos experimentos anteriores com outros materiais e sistemas, mas ideias semelhantes, foi mostrado que você pode usar ressonâncias Mie de quarta ou quinta ordem, significando ressonâncias onde o comprimento de onda da luz dentro do material se ajusta ao volume do ressonador quatro ou cinco vezes na frequência de geração do laser. Mostramos que nossa partícula suporta uma ressonância Mie de terceira ordem, o que nunca foi feito antes. Em outras palavras, podemos produzir uma emissão estimulada coerente nas condições em que o tamanho do ressonador é igual a três comprimentos de onda de luz dentro do material. "

p Notavelmente, não há necessidade de aplicar pressão externa ou temperatura muito baixa para que a nanopartícula funcione como um laser. Todos os efeitos descritos na pesquisa foram produzidos em uma pressão atmosférica regular e temperatura ambiente. Isso torna a tecnologia atraente para especialistas que se concentram na criação de chips ópticos, sensores e outros dispositivos que usam luz para transferir e processar informações, incluindo chips para computadores ópticos.

p A vantagem dos lasers que funcionam na faixa visível é que, com todas as outras propriedades iguais, eles são menores do que as fontes vermelhas e infravermelhas com as mesmas propriedades. Coisa é, o volume dos pequenos lasers geralmente tem uma dependência cúbica do comprimento de onda de emissão, e como o comprimento de onda da luz verde é três vezes menor que o da luz infravermelha, o limite de miniaturização é muito maior para lasers verdes. Isso é essencial para a produção de componentes ultracompactos para futuros sistemas ópticos de computador.