211service.com
Najmniejszy laser, jaki kiedykolwiek wyprodukowano
Naukowcy zademonstrowali najmniejszy laser w historii, składający się z nanocząsteczki o średnicy zaledwie 44 nanometrów. Urządzenie nazywa się spaserem, ponieważ generuje promieniowanie zwane plazmonami powierzchniowymi. Technika ta pozwala na ograniczenie światła w bardzo małych przestrzeniach, a niektórzy fizycy uważają, że spasery mogą stanowić podstawę przyszłych komputerów optycznych, tak jak podstawą dzisiejszej elektroniki są tranzystory.
Mały laser: Ta symulacja pokazuje intensywność światła wokół nowego typu lasera, zwanego spaserem, podczas pracy w trybie wytwarzania plazmonu. Najintensywniejsza koncentracja plazmonów występuje w złotej sferze tworzącej jej rdzeń. Wewnętrzne czarne kółko wskazuje położenie kuli, która jest pokryta powłoką z krzemionki zatopioną w barwniku, zaznaczoną zewnętrzną czarną linią.
Podczas gdy najlepsza elektronika użytkowa działa z prędkością około 10 gigaherców, Michaił Noginow , profesor fizyki w Center for Materials Research na Norfolk State University w Norfolk, VA, zauważa, że urządzenia optyczne mogą działać z częstotliwością setek teraherców. Urządzenia optyczne są jednak trudne do miniaturyzacji, ponieważ fotony nie mogą być ograniczone do obszarów znacznie mniejszych niż połowa ich długości fali. Jednak urządzenia oddziałujące ze światłem w postaci plazmonów powierzchniowych mogą ograniczyć je do znacznie ciaśniejszych miejsc.
Obecnie trwają duże wysiłki, głównie teoretyczne, w kierunku zaprojektowania nowej generacji nanoelektroniki opartej na plazmonikach, mówi Noginov. W przeciwieństwie do innych poprzednich urządzeń plazmonicznych, spasery są aktywnym elementem, który może wytwarzać i wzmacniać te fale. Noginow współprowadził rozwój nowego spasera z Ulrich Wiesner z Cornell University i Władimir Szalajew oraz Jewgienij Narimanow Uniwersytetu Purdue. Praca jest opisana dzisiaj w czasopiśmie Natura .
Spaser wykonany przez Noginowa i jego współpracowników składa się z pojedynczej nanocząstki o średnicy zaledwie 44 nanometrów, z różnymi częściami, które pełnią funkcje analogiczne do tych w konwencjonalnym laserze. W normalnym laserze fotony odbijają się między dwoma lustrami przez ośrodek wzmacniający światło. Światło w spaserze odbija się od powierzchni złotej kuli w jądrze nanocząstki w postaci plazmonów.
Wyzwaniem, mówi Noginov, jest upewnienie się, że ta energia nie rozprasza się szybko z powierzchni metalu. Jego zespół osiągnął to, powlekając złoto warstwą krzemionki z barwnikiem. Warstwa ta działa jako medium wzmacniające. Światło ze spasera może pozostać ograniczone jako plazmony lub może zostać zmuszone do opuszczenia powierzchni cząstki jako fotony w zakresie światła widzialnego. Podobnie jak laser, spaser musi być pompowany, aby dostarczyć niezbędną energię. Grupa Noginova osiąga to poprzez bombardowanie cząstki impulsami światła.
Wielkość konwencjonalnego lasera jest podyktowana długością fali wykorzystywanego przez niego światła, a odległość między powierzchniami odbijającymi nie może być mniejsza niż połowa długości fali światła – w przypadku światła widzialnego około 200 nanometrów. Piękno spasera polega na tym, że omija to ograniczenie za pomocą plazmonów, mówi Noginov. Spasery mogłyby prawdopodobnie być tak małe, jak jeden nanometr. Cokolwiek mniejsze, wyjaśnia Noginov, i funkcjonalność nanocząstek załamuje się.
Noginov i jego współpracownicy nie są pierwszymi, którzy stworzyli nanolaser. W lipcu tego roku naukowcy pod kierunkiem Cun-Zheng Ning , profesor elektrotechniki na Uniwersytecie Stanowym Arizony i Martin Hill z Uniwersytetu w Eindhoven w Holandii stworzyli nanolaser o szerokości około 100 nanometrów, wykorzystując różne materiały. Nanolaser Ning and Hill był pierwszym, który przezwyciężył ograniczenia długości fali związane z rozmiarami laserów. Opublikowana dziś praca jest jednak pierwszym przykładem spasera.
Mówi, że spaser działa około tysiąc razy szybciej niż najszybszy tranzystor, a jednocześnie ma ten sam rozmiar w nanoskali Mark Stockman , profesor fizyki na Georgia State University. Otwiera to możliwość budowy ultraszybkich wzmacniaczy, elementów logicznych i mikroprocesorów pracujących około tysiąc razy szybciej niż konwencjonalne mikroprocesory na bazie krzemu.
Stockman przewidział fazer w 2003 roku z Dawid Bergman , profesor fizyki na Uniwersytecie w Tel Awiwie w Izraelu. Stworzenie spasera, mówi Bergman, to piękne dzieło.
Spasery prawdopodobnie znajdą swoje pierwsze zastosowanie nie w obliczeniach optycznych, ale w miejscach, w których dziś używa się konwencjonalnych laserów, mówi Noginov. Rzeczywiście, bardziej krótkoterminowe zastosowanie znajduje się w branży magnetycznego przechowywania danych, mówi Sachrat Chizrojew , profesor elektrotechniki na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside, który również opracowuje nanolasery. Magnetyczne nośniki danych używane w dzisiejszych dyskach twardych osiągają swoje fizyczne ograniczenia; jednym ze sposobów rozszerzenia jego możliwości jest podgrzewanie nośnika bardzo małymi plamkami światła podczas nagrywania, co można zrobić za pomocą nanolaserów, mówi Khizroev. Jednak naukowcy ostrzegają, że wszelkie aplikacje będą prawdopodobnie za kilka lat.