Forskare vid Aalto University, Finland, är de första att utveckla en plasmonisk nanolaser som arbetar vid synliga ljusfrekvenser och använder så kallade mörka gitterlägen.

Lasern arbetar i längdskalor som är 1000 gånger mindre än tjockleken på ett människohår. Livslängden för ljus fångat i så små dimensioner är så kort att ljusvågen hinner vifta upp och ner bara några tiotals eller hundratals gånger. Resultaten öppnar nya möjligheter för sammanhängande ljuskällor på chip, som lasrar, som är extremt små och ultrasnabba.

Laseroperationen i detta arbete är baserad på silvernanopartiklar arrangerade i en periodisk uppsättning. Till skillnad från konventionella lasrar, där återkopplingen av lasersignalen tillhandahålls av vanliga speglar, denna nanolaser använder strålande koppling mellan silver -nanopartiklar. Dessa 100 nanometer stora partiklar fungerar som små antenner. För att producera högintensivt laserljus, avståndet mellan partiklarna matchades med den lasrande våglängden så att alla partiklar i arrayen strålar unisont. Organiska fluorescerande molekyler användes för att tillhandahålla den ingående energin (förstärkningen) som behövs för lasring.

Ljus från mörkret

En stor utmaning för att uppnå denna laserteknik var att ljus kanske inte finns tillräckligt länge i så små dimensioner för att vara till hjälp. Forskarna hittade en smart väg kring detta potentiella problem - de producerade lasring i mörka lägen.

"Ett mörkt läge kan förstås intuitivt genom att överväga vanliga antenner:En enda antenn, när den drivs av en ström, strålar starkt, medan två antenner - om de drivs av motsatta strömmar och placeras mycket nära varandra - strålar mycket lite, "förklarar akademiprofessor Päivi Törmä." Ett mörkt läge i en nanopartikeluppsättning inducerar liknande motströmmande fasströmmar i varje nanopartikel, men nu med synliga ljusfrekvenser. "

"Mörka lägen är attraktiva för applikationer där låg strömförbrukning behövs. Men utan några knep, mörklägeslasning skulle vara ganska värdelös, eftersom ljuset i huvudsak är fångat vid nanopartiklarna och inte kan lämna, säger personalforskaren Tommi Hakala.

Ph.D. student Heikki Rekola säger, "Genom att använda den lilla storleken på arrayen, vi hittade en flyktväg för ljuset. Mot kanterna på matrisen, nanopartiklarna börjar bete sig mer och mer som vanliga antenner som strålar ut mot den yttre världen."

Forskargruppen använde anläggningarna för nanofabrikation och renrum i den nationella forskningsinfrastrukturen i OtaNano.

Resultaten har publicerats i tidskriften Naturkommunikation .