Гибридный нанолазер обошёл фундаментальное ограничение классической оптики
Добиться столь выдающихся характеристик позволила особая архитектура прибора. В её основе лежат одиночные нитевидные нанокристаллы из тройного соединения нитрида индия–галлия, размещённые на металл-диэлектрической подложке. Ключевой момент здесь — использование плазмон-поляритонов, своеобразного «гибрида» света и электронных колебаний. Дело в том, что классические лазеры, применяемые в указках и сканерах, упираются в так называемый дифракционный предел. Он не даёт сфокусировать излучение в пятно меньше половины длины волны, из-за чего габариты устройств не могут быть меньше нескольких микрометров. Это барьер, за которым остаются невидимыми вирусы, единичные белки и мелкие наночастицы.
Обойти это фундаментальное ограничение как раз и помогает плазмон-поляритонный подход. Он позволяет концентрировать энергию в объёмах, значительно меньших дифракционного предела. Вот что это означает на практике: открывается путь к созданию инструментов для обнаружения единичных молекул или наночастиц в биологических и химических средах, квантовой обработки информации, а также микроскопии со сверхвысоким разрешением. Подобные задачи требуют материалов исключительного качества с идеально гладкими поверхностями и однородной активной средой, свободной от паразитных примесей в спектре.
Объединение преимуществ молекулярно-пучковой эпитаксии, нитевидных нанокристаллов и квантовых ям InGaN как раз и позволило достичь заявленных результатов. Стоит пояснить, что синтез наноструктур на основе нитрида индия–галлия — одно из ключевых направлений работы физиков СПбГУ. Ранее им уже удалось открыть новый механизм формирования подобных кристаллов, востребованных в оптоэлектронике.
Исследование, поддержанное грантом Российского научного фонда, было представлено на страницах журнала Nanoscale Horizons. Сейчас перед разработчиками стоят две амбициозные задачи: повысить рабочую температуру устройства и осуществить переход от оптической накачки к электрической. Иными словами, заменить внешнее возбуждение на прямое преобразование электроэнергии в генерацию излучения. Как следствие, технология сможет лечь в основу компонентов для электроники для космических аппаратов и электронных блоков для экстремальных условий.
Нитевидные нанокристаллы на основе нитридных полупроводников открывают перспективы создания нанолазеров в широчайшем спектре — от «обеззараживающего» ультрафиолета до «телекоммуникационного» инфракрасного диапазона. Это значит, что разработка будет востребована везде, где требуется локализация света в нанометровом масштабе: в сенсорике, сверхразрешающей микроскопии и системах высокоточного зондирования.
По материалам https://russianelectronics.ru