Российские физики создали первый микролазер размером с бактерию

Международная исследовательская группа, в состав которой входят ученые из НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге, представила уникальные микролазеры, функционирующие в диапазоне глубокого ультрафиолета на длине волны 255 нанометров. Размер самого компактного из созданных устройств сопоставим с бактерией, а его работа возможна при комнатной температуре. Об этом сообщили в пресс-службе университета «Газете.Ru».

Глубокий ультрафиолет — это спектр с длиной волны менее 300 нанометров, где один нанометр равен одной миллиардной доле метра. Хотя данный свет невидим для человеческого глаза, его высокая энергия фотонов позволяет эффективно поглощаться различными веществами и инициировать фотохимические реакции. Такие лазеры находят применение в анализе газов, обнаружении биологически активных молекул, а также в процессах обеззараживания и передачи данных на короткие расстояния. Традиционные источники, такие как ртутные лампы или газовые лазеры, содержат токсичные вещества и имеют большой размер, что затрудняет их интеграцию в чипы и сенсоры.

Команда исследователей из НИУ ВШЭ, Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе, Института физики им. Б.И. Степанова НАН Беларуси и Цилуского технологического университета (Китай) вырастила тонкие полупроводниковые слои на сапфировых подложках. Затем, применяя методы микрообработки, ученые сформировали микродиски диаметром около двух микрометров.

По словам Эдуарда Моисеева, старшего научного сотрудника Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ, сапфир уже активно используется в производственных процессах благодаря своей доступности и меньшей стоимости по сравнению с другими материалами. Этот материал позволяет применять привычные для микроэлектроники технологии: от выращивания слоев до формирования рисунка и травления элементов устройства.

Уникальность микродиска заключается в том, что свет удерживается в его пределах благодаря эффекту шепчущей галереи. Подобно тому, как звук распространяется по изогнутой стене, свет многократно отражается от краев диска, не требуя зеркал.

Для повышения эффективности излучения в активной области устройства предусмотрены три квантовые ямы — ультратонкие слои полупроводника, в которых электроны могут удерживаться и более эффективно испускать фотоны. Для диска диаметром 2 мкм пороговая плотность мощности составила около 280 кВт/см², что соответствует мировым стандартам для лазеров, работающих на таких коротких длинах волн. В данный момент работа устройств осуществляется за счет внешней лазерной накачки.

«Следующий этап — переход к электрической накачке, что позволит использовать эти микролазеры в портативных устройствах без громоздких внешних источников света», — добавил Моисеев.

Читайте также: