Группа физиков из Норфолкского университета штата, Университета Пердью и Корнеллского университета (все — США) создала лазер, представляющий собой сферическую наночастицу сложной структуры диаметром всего 44 нм.

По принципу действия предложенное учеными устройство относится к так называемым спазерам (spaser, surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation), теоретические основы создания которых были разработаны в 2003 году

(см. статью в журнале Physical Review Letters). Спазер функционирует аналогично лазеру, но привычные фотоны в его конструкции заменяются на поверхностные плазмоны (квазичастицы, связанные с коллективными колебаниями свободного электронного газа на границе раздела сред), а вместо резонатора используется наночастица. Предыдущие эксперименты по созданию спазера завершались неудачно, поскольку время жизни образовывавшихся при облучении металла плазмонов оказывалось слишком коротким для практического использования.

Американские специалисты смогли решить эту проблему, создав наночастицу с золотой сердцевиной и оболочкой из диоксида кремния с примесью органического красителя OG-488 (Oregon Green 488). Молекулы красителя служат для «поддержания» плазмонов, которые появляются в ядре наночастицы и лишь затем преобразуются в фотоны видимого света с длиной волны 531 нм.

В отличие от традиционного лазера, частица излучает во всех направлениях; более того, ученые пока не берутся утверждать, что получаемое излучение является когерентным. Впрочем, сами авторы наиболее важным свойством спазера считают возможность получения поверхностных плазмонов: ученые уже создали первые элементы «плазмонных цепей», и спазер может значительно ускорить развитие этой области наноэлектроники. Для того чтобы начать использовать спазер на практике, специалистам необходимо найти способ заменить оптический метод образования плазмонов электрическим; по предположению исследователей, решение этой задачи займет около года. «Нанолазер с электрической накачкой уже создан [см. статью в журнале Nature Photonics], и перспективы использования этих наработок в нашем случае вполне реальны», — заключает один из авторов идеи спазера Марк Стокман (Mark Stockman) из Университета штата Джорджия (США).

Спектр вынужденного излучения образца с содержащимися в нем наночастицами, на которые направлялись импульсы излучения (? = 488 нм) длительностью 5 нс и энергией 22,5 мДж (1), 9 мДж (2), 4,5 мДж (3), 2 мДж (4) и 1,25 мДж (5). На врезке — вынужденное излучение образца, концентрация наночастиц в котором была уменьшена более чем в 100 раз. (Иллюстрация из журнала Nature.)

Кинетика излучения образца на длинах волн 480 нм (1) и 520 нм (2). Старт процесса излучения совпадает с приходом импульса накачки длительностью 90 пс. (Иллюстрация из журнала Nature.)