Litauiska och japanska forskare utvecklar silver nanolaser

Nyligen har forskare från Kaunas University of Technology (KTU) i Litauen och National Institute for Materials Science i Tsukuba, Ibaraki City, Japan gått samman för att framgångsrikt utveckla en ny typ av nanolaser baserad på silver nanocubes.
Även om dess struktur är så liten att den bara kan observeras genom ett högdrivet mikroskop, är forskargruppen säker på sina potentiella applikationer.
Nanolasen har potentialen för ett brett spektrum av tillämpningar inom områden som tidig medicinsk diagnostik, datakommunikation och säkerhetsteknik, och det förväntas också vara ett viktigt verktyg för att studera lättare interaktioner. Det sätt på vilket ljus amplifieras och genereras av lasern varierar från applicering till applicering, bestämning av strålningens färg och kvaliteten på laserstrålen.
Enligt uppfinningens medförfattare, Dr. Juod? Nas från KTU: s MindAugas, "Nano-Lasers använder strukturer en miljon gånger mindre än en millimeter för att generera och förstärka ljus, och deras laserstrålning genereras i en mycket liten volym material."
Även om forskning och utveckling av nanolaser har pågått under en tid, är versionen av KTU och dess japanska partners unik i sin tillverkningsprocess. De använde silver -nanocubes, som är snyggt arrangerade på en yta och fyllda med optiskt aktivt material, för att skapa den mekanism som behövs för att förstärka ljuset och producera lasereffekten.
"Silver nanocubes, som extremt små enkristall silverpartiklar med utmärkta optiska egenskaper, är kärnkomponenten i vår nanolaser." sa forskare Juod? NAS från KTU: s Institute of Materials Science.
Nanocubes syntetiserades genom en unik process som uppfanns av KTU: s partners i Japan för att säkerställa deras exakta form och kvalitet. Kuberna arrangerades sedan till en tvådimensionell struktur med användning av en självmonteringsprocess nanopartikel. I denna process är partiklarna naturligt inriktade från ett flytande medium till en fördesignad mall.
När mallparametrarna matchas med de optiska egenskaperna hos nanokuben, inträffar ett unikt fenomen som kallas ytgitterresonans, vilket effektivt genererar ljus i ett optiskt aktivt medium.
Till skillnad från konventionella lasrar som använder speglar för att generera detta fenomen använder den nanolaser som uppfanns av KTU -teamet en yta med nanopartiklar. "När silver -nanocubes är arrangerade i ett periodiskt mönster fångas ljuset av dem. Processen liknar speglhallen i en nöjespark, men här är speglarna nanocuberna och" besökarna "är ljuset." Juod? NAS visualiserar analogin.
Det fångade ljuset byggs upp tills det så småningom passerar energitröskeln för den upphetsade strålningen och skapar en intensiv ljusstråle med en specifik färg och riktning. Termen laser, som står för ljus som förstärks av upphetsad strålning, beskriver denna process.
Genom att använda högkvalitativa, lätt att producera silver-nanocubes, kan lasern arbeta med rekordlåga energier, vilket gör storskalig produktion möjlig, "konstaterar Juod? NAS." Kemiskt syntetiserade silver-nanokuber kan produceras i stora mängder, och deras högkvalitativa tillåter oss att använda nanopartikel-självmonteringsteknik. Även om arrangemanget inte är perfekt, kompenserar dess egenskaper för det. "
I de tidiga stadierna av projektet var emellertid litauiska forskningsbyråer skeptiska, trots att metodens enkelhet borde ha väckt uppmärksamhet. "Vissa skeptiker ifrågasatte om den enkla metoden vi använde kunde skapa nanolaserstrukturer med tillräckligt hög kvalitet." Professor Sigitas Tamulevicius från Institute of Materials Science vid KTU sa.
Icke desto mindre är KTU-teamet övertygad om kvaliteten på sina nanolaser och har lyckats säkra finansiering från en internationell organisation, Juod? Nas förklarar, "Efter att mycket arbete och experiment har vi visat att om nanopartiklar av hög kvalitet används, kan en effektiv effekt uppnås, även om arrays inte är perfekta."