Recentemente, un gruppo internazionale dei ricercatori principali dai ricercatori dall'università di ITMO (Russia) ha annunciato che ha sviluppato il laser più compatto a semiconduttore del mondo nella gamma leggera visibile alla temperatura ambiente. Secondo l'autore del gruppo di ricerca, questo laser è una nanoparticella con una dimensione di soltanto 310 nanometri (circa 1/3000 di un millimetro), che possono generare la luce coerente verde alla temperatura ambiente e possono anche essere veduti ad occhio nudo facendo uso di un microscopio ottico standard.
Vale la pena di citare che gli scienziati hanno sormontato con successo la parte verde della banda leggera visibile. Il ricercatore principale di questo articolo, Sergey Makarov, un professore alla scuola di fisica e di ingegneria dell'università di ITMO, ha detto: «In semiconduttori luminescenti moderni, nel campo, c'è “un problema di lacuna verde”. La lacuna verde significa che l'efficienza di quantum dei materiali convenzionali a semiconduttore utilizzati acutamente nelle gocce dei diodi a emissione luminosa nella parte verde dello spettro. Questo problema complica lo sviluppo dei nanolasers di temperatura ambiente fatti dei materiali convenzionali a semiconduttore. »
Il gruppo di ricerca universitaria di ITMO ha scelto l'alogenuro della perovskite come il materiale per il suo laser nano. I laser tradizionali sono composti di due medium attivi degli elementi-un di chiave che permette l'eccitazione ed emissione coerente e un risuonatore ottico che aiuta a lungo l'interno di energia elettromagnetica di confine. La perovskite può fornire queste due caratteristiche: certa forma delle particelle di nanometro può fungere da sia media attivi che risuonatori di alto-efficienza. Di conseguenza, gli scienziati sono riuscito a produrre 310 particelle a forma di cubo nanometro di taglia che, una volta eccitate dal laser di femtosecondo pulsano, possono generare la radiazione laser alla temperatura ambiente.
Ekaterina Tiguntseva detta, un ricercatore minore all'università di ITMO ed uno dei co-author della carta. «Utilizziamo il laser di femtosecondo pulsiamo per pompare i nanolasers. Irradiamo le nanoparticelle isolate fino a raggiungere la soglia della generazione del laser di un'intensità specifica della pompa. Abbiamo provato che questo nanolaser può funzionare all'interno almeno di un milione di cicli di eccitazione. «L'unicità del nanolaser sviluppato dal gruppo di ricerca non è limitata alla sua piccola dimensione. Le nanoparticelle recentemente progettate possono anche efficacemente limitare l'energia dell'emissione stimolata e fornire l'amplificazione sufficiente alta del campo elettromagnetico per la generazione del laser.
Kirill Koshelev, un ricercatore minore all'università di ITMO ed uno dei co-author dell'articolo, hanno spiegato: «L'idea è che la generazione del laser è un processo della soglia. Cioè usate gli impulsi del laser per eccitare le nanoparticelle ad un'intensità specifica “della soglia” di una sorgente luminosa esterna. Le particelle cominciano produrre l'emissione del laser. Se non potete limitare la luce ad una gamma abbastanza buona, non ci sarà emissione del laser. Negli esperimenti precedenti con altri materiali e sistemi, ma con le simili idee, indica che potete usare la risonanza del Mie di quinto-ordine o di quarto-ordine, in modo da significa che alla frequenza generata dal laser, la lunghezza d'onda leggera nelle partite materiali i volumi del risuonatore quattro - cinque volte la risonanza. Abbiamo provato che le nostre particelle sostengono la risonanza di terz'ordine del Mie, che è il precedente non fatta mai. Cioè quando la dimensione del risuonatore è uguale a tre lunghezze d'onda di luce dentro il materiale, possiamo produrre l'emissione stimolata coerente.»
Un'altra cosa importante è che le nanoparticelle possono essere usate come laser senza applicare la pressione esterna o le basse temperature stesse. Tutti gli effetti descritti nello studio sono stati prodotti a pressione atmosferica normale ed alla temperatura ambiente. Ciò rende questa tecnologia attraente agli esperti che si specializzano nella fabbricazione i chip ottici, i sensori e degli altri dispositivi che usano la luce per trasmettere e le informazioni di processo, compreso i chip per i computer ottici.
Il vantaggio dei laser che funzionano nella gamma leggera visibile è che sono più piccoli delle sorgenti luminose di luce infrarossa e rosse con le stesse caratteristiche quando tutte le altre caratteristiche sono le stesse. Infatti, il volume di piccolo laser ha solitamente una relazione cubica con la lunghezza d'onda emessa e poiché la lunghezza d'onda di luce verde è tre volte più piccola di quella di luce infrarossa, il limite di miniaturizzazione è molto maggior per i laser verdi. Ciò è essenziale per la produzione delle componenti ultra-compatte per i sistemi informatici ottici futuri.