Рекордно маленький нанолазер для сверхкомпактных чипов создали в ИТМО

Сотрудники ИТМО побили свой же рекорд по величине самого компактного в мире нанолазера. Ученые смогли уменьшить размер наночастицы с 310 нанометров до 200 (это в пять тысяч раз меньше миллиметра). Установка работает при комнатной температуре, а увидеть излучаемый лазером зеленый свет можно в стандартном оптическом микроскопе.

Разработка поможет создавать мельчайшие детали для цифровых микроустройств и приборов, анализирующих показатели здоровья, а также позволит повысить качество цветопередачи экранов в очках виртуальной реальности, сообщили в пресс-службе университета.

Нанолазеры — это лазеры, размер которых меньше длины волны света (или фотона — частицы света), излучаемого ими. Их величина во всех трех пространственных измерениях обычно исчисляется в сотнях нанометров. С помощью таких устройств ученые создают мельчайшие детали для микроэлектродных приборов. К ним относятся не только сложная вычислительная техника для лабораторий, но и медицинские приборы или отдельные составляющие игровых приставок.

В ИТМО предложили новые технологии для создания нанолазеров, которые бы соответствовали современным требованиям. Разработка представляет собой наночастицу перовскита (созданный в лаборатории материал с химическим составом CsPbBr3) в форме кубоида. В университете его изучают с 2017 года.

За это время ученые доказали, что материал стабилен, имеет высокий коэффициент оптического усиления (позволяет использовать энергию света максимально эффективно), кроме того, он лучше всего работает в зеленом спектре.Долгое время этот диапазон длин волн был наиболее проблемным для создания компактных лазеров, особенно в масштабах производства. Этой части видимого спектра даже дали название green gap («зеленая яма/ пробел»).

Но ученым с помощью перовскита наконец удалось разрешить этот вопрос. Это открыло возможности для еще большей компактизации нанолазера, так как длина волны зеленых фотонов в три раза меньше инфракрасных, используемых в классических микролазерах.

Большую часть экспериментов провели аспиранты ИТМО Михаил Машарин и Дарья Хмелевская, а руководил проектом Сергей Макаров, доктор физико-математических наук, руководитель лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники ИТМО.

«Ключевая идея предложенного дизайна нанолазера — использование нового механизма его работы за счет выстраивания сильной связи „свет-вещество“. Это помогает значительно снизить порог его „включения“. Излучение нанолазера имеет направленный характер, что позволяет эффективно собирать его в нашей оптической схеме и регистрировать на лабораторном спектрометре (прибор для фиксации, обработки и анализа волн света)», — отметил Сергей Макаров.

Ученые смогли разместить частицу перовскита на металле.Это открывает возможности для создания установки нанолазера, работа которого будет активироваться электричеством, а не светом, как это происходит сейчас.

На основе таких сверхкомпактных лазерных диодов с электрической «накачкой» можно будет создавать микропиксели в очках дополненной реальности, медицинских приборах мониторинга состояния человека, а также в многофункциональных оптических чипах, подчеркнули в пресс-службе ИТМО.

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.