Команда исследователей из разных стран представила самый маленький в мире полупроводниковый нанолазер. Он работает в видимом диапазоне при комнатной температуре. Устройство представляет из себя наночастицу перовскита диаметром в 310 нанометров, которая может излучать когерентный зеленый свет при комнатной температуре. Исследование опубликовано в журнале ACS Nano.

Более полувека назад физики создали первый лазер. По большей части такие устройства достаточно громоздкие и не позволяют исследовать некоторые наносистемы из-за своих размеров. Кроме того, достаточно сложно сгенерировать с помощью полупроводниковых лазеров свет в зеленой области. Обычно в этой части спектра у лазеров, особенно наноразмерных, происходит падение квантовой эффективности. Поэтому сделать полноценный нанолазер, работающий при комнатной температуре, на их основе крайне трудно.

Однако коллективу российских ученых из Университета ИТМО вместе с зарубежными коллегами это удалось. В качестве материала для своего нанолазера ученые выбрали перовскит. Традиционный лазер состоит из двух основных частей — активной среды, создающей лазерное излучение, и оптического резонатора, который позволяет удерживать электромагнитную энергию внутри устройства долгое время. Перовскит может объединить в себе эти свойства, так как способен выполнять роль активной среды и резонатора одновременно.

В результате экспериментов исследователи получили наночастицу размером 310 нанометров, которая при возбуждении фемтосекундным лазером может генерировать лазерное излучение при комнатной температуре. Чтобы накачать нанолазер, исследователи использовали фемтосекундные лазерные импульсы. Авторы облучали ими в микроскопе одиночную наночастицу, пока при определенной интенсивности не наблюдали преодоления порога лазерной генерации. После этого наночастица стала работать как полноценный лазер. Ученые показали, что такое устройства может стабильно работать как минимум миллион актов накачки внешними импульсами.

Уникальность полученного нанолазера заключается не только в его размерах. Еще он эффективно удерживает в себе энергию вынужденного излучения. Это позволяет значительно усилить электромагнитные поля для появления лазерной генерации. Важно также то, что наночастица работает как лазер при стандартном атмосферном давлении и комнатной температуре. Благодаря этому такая наночастица может найти применение в оптических чипах, сенсорах и других приборах, использующих свет для передачи и обработки информации. В том числе разработка может применяться для создания чипов для оптического компьютера.