В Новосибирске создали нанолазер
Оригинал взят у l_boris в В Новосибирске создали нанолазер
Нанолазеры открывают широкие возможности для создания новых материалов и технологий: от практически вечных мониторов и телевизоров до плаща-невидимки.
Современные дисплеи могут быть изготовлены на гибкой подложке и дают возможность смотреть на изображение под любым углом, однако их слабым местом является малый срок службы органических люминофоров - картинка тускнет, цвета искажаются через два-три года эксплуатации. Но если заменить капризную органику на стойкую во всех отношениях неорганику, то мониторы компьютеров и экраны смартфонов и планшетов смогут работать намного дольше.
Первыми этого добились исследователи южнокорейской компании - они сконструировали полноцветный дисплей на основе так называемых "квантовых точек". Квантовые точки представляют собой полупроводниковые нанокристаллы, которые флуоресцируют разными цветами в зависимости от своего размера. Созданный азиатскими учеными четырехдюймовый дисплей оказался пока не слишком ярким и является демонстрационным образцом. Как усилить яркость? Эту задачу решают совместно Институт автоматики и электрометрии и Институт неорганической химии СО РАН. Квантовые точки здесь присоединяют к наночастицам благородных металлов.
- Такая система будет работать как нанолазер. Здесь квантовые точки служат в качестве активной среды, а резонатором является наночастица металла, в которой возникают поверхностные волны - плазмоны. Они обусловлены коллективными колебаниями электронов проводимости относительно ионов. Квантовые точки служат донором энергии для плазмонных колебаний. Мода электромагнитных колебаний, возникающая в таком нанолазере, соответствует длине волны света плазмонного резонанса, который определяется родом металла и формой наночастиц. И если брать разные металлы, то и нанолазеры будут получаться разного цвета: серебро дает синий цвет, золото - зеленый, а медь - красный, - рассказывает заведующий лабораторией физики лазеров ИАиЭ Александр Плеханов.
Пока новосибирцам удалось изготовить нанолазеры в виде золотых наночастиц размером в 10 нанометров, вокруг которых сформирована 6-нанометровая кремнеземная оболочка, заполненной красителем. Нанолазеры размещаются в порах тонкой твердой пленки так называемого "фотонного кристалла", который значительно снижает порог лазерной генерации и формирует направленное излучение нанолазеров. Эту структуру можно сравнить с пчелиными сотами, размеры которых порядка десяти нанометров. До этого подобные нанолазеры были получены учеными в США только в жидкой фазе. Но для нужд IT-технологий нужны именно твердые пленочные структуры.
Монитор с такими нанолазерами будет обладать неоспоримыми преимуществами перед существующей техникой - как по надежности и долговечности, так и по яркости и качеству изображения. Впрочем, на этом возможности лазеров из микромира отнюдь не исчерпываются.
- Уникальной особенностью нанолазера является то, что его размеры много меньше длины волны излучаемого им света. Он сопоставим с размером вируса, и это позволяет сделать важный шаг вперед в области биомедицины, где его можно использовать в качестве метки при исследовании отдельных клеток или даже отдельных молекул, - поясняет доктор физико-математических наук Александр Плеханов.
Учёные надеются, что нанолазеры смогут помочь и в создании нового поколения сверхбыстрой наноэлектроники, в которой свет заменит электрический ток. Кроме того, обсуждается идея использовать систему таких нанолазеров для создания метаматериалов, свойства которых еще недавно казались невозможными и противоречащими законам физики. С их помощью можно добиться эффекта "невидимости" - когда свет так обтекает фотонный кристалл, как будто никакой преграды для него нет, и наблюдатель ничего не может заметить. Впрочем, о том, как изменят нашу жизнь технические новинки, созданные на основе метаматериалов, сегодня можно только догадываться.
Кстати
Учёные новосибирского Института автоматики и электрометрии СО РАН создали самый длинный в мире (100-километровый) волоконный лазер, что открывает возможность создания сверхдальней волоконно-оптической связи. "Сейчас через каждые сто километров надо ставить усилитель оптического сигнала, поскольку он затухает в сто раз. Это оборудование требует обслуживания, что дорого, а в нашей технологии можно иметь канал связи длиной порядка 300 километров без промежуточных усилителей", - поясняет заместитель директора Института автоматики и электрометрии СО РАН Сергей Бабин. По версии журнала Nature, эта разработка вошла в десятку лучших мировых научных результатов за 2012 год.
rg.ru
Нанолазеры открывают широкие возможности для создания новых материалов и технологий: от практически вечных мониторов и телевизоров до плаща-невидимки.
Современные дисплеи могут быть изготовлены на гибкой подложке и дают возможность смотреть на изображение под любым углом, однако их слабым местом является малый срок службы органических люминофоров - картинка тускнет, цвета искажаются через два-три года эксплуатации. Но если заменить капризную органику на стойкую во всех отношениях неорганику, то мониторы компьютеров и экраны смартфонов и планшетов смогут работать намного дольше.
Первыми этого добились исследователи южнокорейской компании - они сконструировали полноцветный дисплей на основе так называемых "квантовых точек". Квантовые точки представляют собой полупроводниковые нанокристаллы, которые флуоресцируют разными цветами в зависимости от своего размера. Созданный азиатскими учеными четырехдюймовый дисплей оказался пока не слишком ярким и является демонстрационным образцом. Как усилить яркость? Эту задачу решают совместно Институт автоматики и электрометрии и Институт неорганической химии СО РАН. Квантовые точки здесь присоединяют к наночастицам благородных металлов.
- Такая система будет работать как нанолазер. Здесь квантовые точки служат в качестве активной среды, а резонатором является наночастица металла, в которой возникают поверхностные волны - плазмоны. Они обусловлены коллективными колебаниями электронов проводимости относительно ионов. Квантовые точки служат донором энергии для плазмонных колебаний. Мода электромагнитных колебаний, возникающая в таком нанолазере, соответствует длине волны света плазмонного резонанса, который определяется родом металла и формой наночастиц. И если брать разные металлы, то и нанолазеры будут получаться разного цвета: серебро дает синий цвет, золото - зеленый, а медь - красный, - рассказывает заведующий лабораторией физики лазеров ИАиЭ Александр Плеханов.
Пока новосибирцам удалось изготовить нанолазеры в виде золотых наночастиц размером в 10 нанометров, вокруг которых сформирована 6-нанометровая кремнеземная оболочка, заполненной красителем. Нанолазеры размещаются в порах тонкой твердой пленки так называемого "фотонного кристалла", который значительно снижает порог лазерной генерации и формирует направленное излучение нанолазеров. Эту структуру можно сравнить с пчелиными сотами, размеры которых порядка десяти нанометров. До этого подобные нанолазеры были получены учеными в США только в жидкой фазе. Но для нужд IT-технологий нужны именно твердые пленочные структуры.
Монитор с такими нанолазерами будет обладать неоспоримыми преимуществами перед существующей техникой - как по надежности и долговечности, так и по яркости и качеству изображения. Впрочем, на этом возможности лазеров из микромира отнюдь не исчерпываются.
- Уникальной особенностью нанолазера является то, что его размеры много меньше длины волны излучаемого им света. Он сопоставим с размером вируса, и это позволяет сделать важный шаг вперед в области биомедицины, где его можно использовать в качестве метки при исследовании отдельных клеток или даже отдельных молекул, - поясняет доктор физико-математических наук Александр Плеханов.
Учёные надеются, что нанолазеры смогут помочь и в создании нового поколения сверхбыстрой наноэлектроники, в которой свет заменит электрический ток. Кроме того, обсуждается идея использовать систему таких нанолазеров для создания метаматериалов, свойства которых еще недавно казались невозможными и противоречащими законам физики. С их помощью можно добиться эффекта "невидимости" - когда свет так обтекает фотонный кристалл, как будто никакой преграды для него нет, и наблюдатель ничего не может заметить. Впрочем, о том, как изменят нашу жизнь технические новинки, созданные на основе метаматериалов, сегодня можно только догадываться.
Кстати
Учёные новосибирского Института автоматики и электрометрии СО РАН создали самый длинный в мире (100-километровый) волоконный лазер, что открывает возможность создания сверхдальней волоконно-оптической связи. "Сейчас через каждые сто километров надо ставить усилитель оптического сигнала, поскольку он затухает в сто раз. Это оборудование требует обслуживания, что дорого, а в нашей технологии можно иметь канал связи длиной порядка 300 километров без промежуточных усилителей", - поясняет заместитель директора Института автоматики и электрометрии СО РАН Сергей Бабин. По версии журнала Nature, эта разработка вошла в десятку лучших мировых научных результатов за 2012 год.
rg.ru