Tạo ra laser siêu nhỏ từ các hạt nano

Lần đầu tiên, các nhà nghiên cứu tại Đại học Aalto (Phần Lan) đã tạo ra laser nano plasmon hoạt động ở tần số ánh sáng nhìn thấy và sử dụng chế độ mạng lưới tối.

Laser hoạt động ở tần số ánh sáng này có kích thước nhỏ hơn 100 lần độ dày của sợi tóc. Thời gian tồn tại của ánh sáng có kích thước nhỏ như vậy quá ngắn để sóng ánh sáng có thời gian rung động lên xuống chỉ vài chục hoặc vài trăm lần. Phát hiện nghiên cứu mở ra triển vọng mới cho các nguồn sáng kết hợp trên chip cực nhỏ và siêu nhanh như laser.

Hoạt động của laser trong nghiên cứu dựa vào các hạt nano bạc được sắp xếp theo dãy. Trái ngược với laser thường ở đó phản hồi của tín hiệu phát laser do các tấm gương bình thường cung cấp, nhưng loại laser mới sử dụng phương thức ghép bức xạ giữa các hạt nano bạc. Các hạt kích thước 100 nm này hoạt động như những ăng ten nhỏ. Để tạo ra ánh sáng laser cường độ cao, khoảng cách giữa các hạt phải phù hợp với bước sóng phát laser để tất cả các hạt trong dãy đều phát xạ đồng thời. Các phân tử huỳnh quang hữu cơ được sử dụng để cung cấp năng lượng đầu vào cần cho việc phát laser.

Thách thức lớn để phát laser theo cách này là ánh sáng không thể tồn tại ở kích thước nhỏ này đủ lâu để nó trở nên có ích. Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra một phương thức thông minh để khắc phục hạn chế này, đó là phát laser trong chế độ tối.

“Chế độ tối về mặt trực giác có thể được tìm hiểu thông qua xem xét các ăng ten thường: Một ăng ten duy nhất khi được điều khiển bởi dòng điện, sẽ phát xạ mạnh. Trái lại, 2 ăng ten nếu được điều khiển bởi các dòng đối nhau và nằm ở vị trí gần nhau, lại phát xạ rất yếu”. GS Päivi torma - một trong các tác giả nghiên cứu giải thích. “Chế độ tối trong dãy hạt nano bao gồm các dòng điện ngược pha giống nhau trong mỗi hạt nano, nhưng hiện có tần số ánh sáng nhìn thấy”.

Tommi Hakala, đồng tác giả nghiên cứu cho rằng: “Chế độ tối cần cho các ứng dụng tiêu thụ ít điện năng. Nhưng nếu không có bất cứ “thủ thuật” nào, chế độ tối sẽ khá vô ích vì ánh sáng về bản chất bị mắc kẹt trong dãy hạt nano và không thể di chuyển. Nhưng bằng cách sử dụng dãy hạt quy mô nhỏ, chúng tôi đã tìm ra lối thoát cho ánh sáng. Các hạt nano hướng tới các cạnh của dãy để hành động rất giống các ăng ten thường phát xạ ra bên ngoài”.

Kết quả nghiên cứu đã được công bố trên Tạp chí Nature Communications.

Theo Vista.gov.vn