Gần đây, một nhóm các nhà nghiên cứu quốc tế do các nhà nghiên cứu từ Đại học ITMO dẫn đầu đã tuyên bố rằng họ đã phát triển laser bán dẫn nhỏ gọn nhất thế giới trong phạm vi ánh sáng khả kiến ở nhiệt độ phòng.Theo tác giả của nhóm nghiên cứu, tia laser này là một hạt nano với kích thước chỉ 310 nanomet (khoảng 1/3000 milimet), có thể tạo ra ánh sáng kết hợp màu xanh lá cây ở nhiệt độ phòng và thậm chí có thể nhìn thấy bằng mắt thường. một kính hiển vi quang học tiêu chuẩn.
Điều đáng nói là các nhà khoa học đã khắc phục thành công phần màu xanh của dải ánh sáng nhìn thấy.Nhà nghiên cứu chính của bài viết này, Serge Makman, giáo sư tại Trường Vật lý và Kỹ thuật của Đại học ITMO, cho biết: Trong các chất bán dẫn phát sáng hiện đại, Trong lĩnh vực này, có một vấn đề 'khoảng cách xanh'.Khoảng cách màu xanh lá cây có nghĩa là hiệu suất lượng tử của các vật liệu bán dẫn thông thường được sử dụng trong điốt phát sáng giảm mạnh ở phần màu xanh lá cây của quang phổ.Vấn đề này làm phức tạp sự phát triển của nanolasers nhiệt độ phòng làm bằng vật liệu bán dẫn thông thường."
Nhóm nghiên cứu của Đại học ITMO đã chọn perovskite halogenua làm vật liệu cho tia laser nano của mình.Laser truyền thống bao gồm hai yếu tố chính - một môi trường hoạt động cho phép kích thích và phát xạ kết hợp và một bộ cộng hưởng quang giúp giam cầm năng lượng điện từ bên trong trong một thời gian dài.Perovskite có thể cung cấp hai đặc điểm này: một hình dạng nhất định của các hạt nanomet có thể hoạt động như cả phương tiện hoạt động và cộng hưởng hiệu quả cao.Kết quả là, các nhà khoa học đã thành công trong việc tạo ra các hạt hình lập phương kích thước 310 nanomet, khi bị kích thích bởi xung laser femto giây, có thể tạo ra bức xạ laser ở nhiệt độ phòng.
Ekaterina Tiguntseva, một nhà nghiên cứu cơ sở tại Đại học ITMO và là một trong những đồng tác giả của bài báo cho biết.Chúng tôi đã chứng minh rằng nanolaser này có thể hoạt động trong vòng ít nhất một triệu chu kỳ kích thích. bởi nhóm nghiên cứu không giới hạn ở kích thước nhỏ của nó.Các hạt nano được thiết kế mới cũng có thể hạn chế hiệu quả năng lượng phát xạ được kích thích và cung cấp khuếch đại trường điện từ đủ cao để tạo ra laser.
Kirill Koshelev, một nhà nghiên cứu cơ sở tại Đại học ITMO và là một trong những đồng tác giả của bài báo, giải thích: “Ý tưởng là tạo ra tia laser là một quá trình ngưỡng.Đó là, bạn sử dụng xung laze để kích thích các hạt nano ở cường độ 'ngưỡng' cụ thể của nguồn sáng bên ngoài.Các hạt bắt đầu tạo ra phát xạ laser.Nếu bạn không thể giới hạn ánh sáng trong phạm vi đủ tốt, sẽ không có sự phát xạ laser.Trong các thử nghiệm trước đây với các vật liệu và hệ thống khác, nhưng với ý tưởng tương tự, nó cho thấy rằng bạn có thể sử dụng cộng hưởng Mie bậc bốn hoặc bậc 5, có nghĩa là ở tần số được tạo ra bởi laser, bước sóng ánh sáng trong vật liệu phù hợp với bộ cộng hưởng âm lượng gấp bốn đến năm lần cộng hưởng.Chúng tôi đã chứng minh rằng các hạt của chúng tôi hỗ trợ cộng hưởng Mie bậc ba, đây là điều chưa từng xảy ra trước đây.Nói cách khác, khi kích thước của bộ cộng hưởng bằng ba bước sóng ánh sáng bên trong vật liệu, chúng ta có thể tạo ra phát xạ kích thích kết hợp. "
Một điều quan trọng khác là các hạt nano có thể được sử dụng như một tia laser mà không cần áp dụng áp suất bên ngoài hoặc nhiệt độ rất thấp.Tất cả các hiệu ứng được mô tả trong nghiên cứu được tạo ra ở áp suất khí quyển bình thường và nhiệt độ phòng.Điều này làm cho công nghệ này hấp dẫn các chuyên gia chuyên sản xuất chip quang, cảm biến và các thiết bị khác sử dụng ánh sáng để truyền và xử lý thông tin, bao gồm cả chip cho máy tính quang.
Ưu điểm của laser làm việc trong dải ánh sáng nhìn thấy là chúng nhỏ hơn các nguồn sáng đỏ và hồng ngoại có cùng đặc tính khi tất cả các đặc điểm khác đều giống nhau.Trên thực tế, âm lượng của một tia laser nhỏ thường có mối quan hệ bậc ba với bước sóng phát ra và vì bước sóng của ánh sáng xanh nhỏ hơn ba lần so với ánh sáng hồng ngoại, giới hạn thu nhỏ của tia laser xanh lớn hơn nhiều.Đây là điều cần thiết cho việc sản xuất các thành phần siêu nhỏ gọn cho các hệ thống máy tính quang học trong tương lai.