Litouwse en Japanse onderzoekers ontwikkelen zilveren nanolaser

Onlangs hebben onderzoekers van de Kaunas University of Technology (KTU) in Litouwen en het National Institute for Materials Science in Tsukuba, Ibaraki City, Japan de handen samengevoegd om met succes een nieuw type nanolaser te ontwikkelen op basis van zilveren nanocubes.
Hoewel de structuur zo klein is dat het alleen kan worden waargenomen via een krachtige microscoop, heeft het onderzoeksteam vertrouwen in zijn potentiële toepassingen.
De nanolaser heeft het potentieel voor een breed scala aan toepassingen op gebieden zoals vroege medische diagnostiek, datacommunicatie en beveiligingstechnologieën, en er wordt ook verwacht dat het een belangrijk hulpmiddel is voor de studie van lichte interacties. De manier waarop licht wordt versterkt en door de laser wordt gegenereerd, varieert van toepassing tot toepassing, het bepalen van de kleur van de straling en de kwaliteit van de laserstraal.
Volgens de co-auteur van de uitvinding, Dr. Juod? Nas van Ktu's Mindaugas, "gebruiken nano-lasers structuren een miljoen keer kleiner dan een millimeter om licht te genereren en te versterken, en hun laserstraling wordt gegenereerd in een zeer klein volume materiaal."
Hoewel onderzoek en ontwikkeling van nanolasers al geruime tijd aan de gang is, is de versie van KTU en zijn Japanse partners uniek in haar productieproces. Ze gebruikten zilveren nanocubes, die netjes op een oppervlak zijn gerangschikt en gevuld met optisch actief materiaal, om het mechanisme te creëren dat nodig is om het licht te versterken en het lasereffect te produceren.
"Zilveren nanocubes, als extreem kleine single-kristal zilverdeeltjes met uitstekende optische eigenschappen, zijn de kerncomponent van onze nanolaser." zei onderzoeker Juod? Nas van KTU's Institute of Materials Science.
De nanocubes werden gesynthetiseerd door een uniek proces uitgevonden door de partners van KTU in Japan om hun precieze vorm en kwaliteit te waarborgen. De kubussen werden vervolgens gerangschikt in een tweedimensionale structuur met behulp van een nanodeeltjes zelfassemblageproces. In dit proces worden de deeltjes van nature uit een vloeibaar medium op een vooraf ontworpen sjabloon uitgelijnd.
Wanneer de sjabloonparameters worden gekoppeld aan de optische eigenschappen van de nanocubes, treedt een uniek fenomeen dat bekend als oppervlakteroosterresonantie op, dat effectief licht genereert in een optisch actief medium.
In tegenstelling tot conventionele lasers die spiegels gebruiken om dit fenomeen te genereren, gebruikt de door het KTU -team uitgevonden nanolaser een oppervlak met nanodeeltjes. "Wanneer zilveren nanocubes in een periodiek patroon zijn gerangschikt, wordt er licht door hen gevangen. Het proces is vergelijkbaar met de hal van spiegels in een pretpark, maar hier zijn de spiegels de nanocubes en de 'bezoekers' zijn het licht." Juod? Nas visualiseert de analogie.
Het gevangen licht bouwt zich op totdat het uiteindelijk de energiedrempel van de opgewonden straling kruist, waardoor een intense lichtstraal met een specifieke kleur en richting ontstaat. De term laser, die staat voor licht versterkt door opgewonden straling, beschrijft dit proces.
Door gebruik te maken van hoogwaardige, gemakkelijk te produceren zilveren nanocubes, kan de laser werken op record lage energieën, waardoor grootschalige productie mogelijk is, "merkt Juod? Nas op." 'Chemisch gesynthetiseerde zilveren nanocubes kunnen in grote hoeveelheden worden geproduceerd en hun hoge kwaliteit stelt ons in staat om zelfvertegenwoordigers te gebruiken. Zelfs als de opstelling niet perfect is, maken de eigenschappen het goed. "
In de vroege stadia van het project waren Litouwse onderzoeksinstanties echter sceptisch, ondanks het feit dat de eenvoud van de methode de aandacht had moeten trekken. "Sommige sceptici vroegen zich af of de eenvoudige methode die we gebruikten nanolaserstructuren van voldoende hoge kwaliteit zou kunnen creëren." Prof. Sigitas Tamulevicius van het Institute of Materials Science bij KTU zei.
Desalniettemin is het KTU-team overtuigd van de kwaliteit van zijn nanolasers en is Juod? Nas erin geslaagd om financiering van een internationale organisatie te beveiligen, legt uit: "Na veel werk en experimenten hebben we aangetoond dat als hoogwaardige nanodeeltjes worden gebruikt, een effectief effect kan worden bereikt, zelfs als de arrays niet perfect zijn."