في الآونة الأخيرة ، أعلن فريق دولي من الباحثين بقيادة باحثين من جامعة ITMO في روسيا ، أنه طور أكثر ليزر أشباه موصلات مضغوطًا في العالم في نطاق الضوء المرئي في درجة حرارة الغرفة.وفقًا لمؤلف فريق البحث ، فإن هذا الليزر عبارة عن جسيمات نانوية بحجم 310 نانومتر فقط (حوالي 1/3000 من المليمتر) ، والتي يمكن أن تولد ضوءًا أخضر متماسكًا في درجة حرارة الغرفة ويمكن حتى رؤيتها بالعين المجردة باستخدام مجهر بصري قياسي.
جدير بالذكر أن العلماء قد تغلبوا بنجاح على الجزء الأخضر من شريط الضوء المرئي.قال الباحث الرئيسي في هذا المقال ، سيرجي ماكاروف ، الأستاذ في كلية الفيزياء والهندسة بجامعة ITMO: "في مجال أشباه الموصلات الحديثة الباعثة للضوء ، هناك مشكلة" فجوة خضراء ".الفجوة الخضراء تعني أن الكفاءة الكمية لمواد أشباه الموصلات التقليدية المستخدمة في الثنائيات الباعثة للضوء تنخفض بشكل حاد في الجزء الأخضر من الطيف.تعقد هذه المشكلة تطور أجهزة النانو درجة حرارة الغرفة المصنوعة من مواد أشباه الموصلات التقليدية."
اختار فريق البحث بجامعة ITMO هاليد البيروفسكايت كمواد الليزر النانوي الخاص به.تتكون أشعة الليزر التقليدية من عنصرين رئيسيين - وسيط نشط يسمح بإثارة وانبعاث متماسكين ومرنان بصري يساعد على حصر الطاقة الكهرومغناطيسية بالداخل لفترة طويلة.يمكن أن يوفر البيروفسكايت هاتين الخاصيتين: يمكن لشكل معين من الجسيمات النانومترية أن يعمل كوسائط نشطة ومرنانات عالية الكفاءة.ونتيجة لذلك ، نجح العلماء في إنتاج جسيمات على شكل مكعب بحجم 310 نانومتر ، والتي عندما تثيرها نبضات الليزر الفيمتو ثانية ، يمكن أن تولد إشعاع ليزر عند درجة حرارة الغرفة.
سعيد إيكاترينا تيجونتسيفا ، باحث مبتدئ في جامعة ITMO وأحد المؤلفين المشاركين للورقة."نحن نستخدم نبضات ليزر الفيمتو ثانية لضخ النانو. نقوم بتشعيع الجسيمات النانوية المعزولة حتى يتم الوصول إلى عتبة توليد الليزر لشدة المضخة المحددة. لقد أثبتنا أن هذا الليزر النانوي يمكن أن يعمل خلال مليون دورة إثارة على الأقل". تطور تفرد الليزر النانوي من قبل فريق البحث لا يقتصر على حجمه الصغير.يمكن للجسيمات النانوية المصممة حديثًا أيضًا أن تحد بشكل فعال من طاقة الانبعاث المحفزة وتوفر تضخيمًا كهرومغناطيسيًا عاليًا بدرجة كافية لتوليد الليزر.
يوضح كيريل كوشليف ، الباحث المبتدئ في جامعة ITMO وأحد المؤلفين المشاركين للمقال: "الفكرة هي أن توليد الليزر هو عملية عتبة.أي أنك تستخدم نبضات الليزر لإثارة الجسيمات النانوية بكثافة "عتبة" معينة لمصدر ضوء خارجي.تبدأ الجسيمات في إنتاج انبعاث الليزر.إذا لم تتمكن من قصر الضوء على نطاق جيد بما يكفي ، فلن يكون هناك انبعاث ليزر.في التجارب السابقة مع مواد وأنظمة أخرى ، ولكن مع أفكار متشابهة ، يظهر أنه يمكنك استخدام رنين Mie من الرتبة الرابعة أو الخامسة ، مما يعني أنه عند التردد الناتج عن الليزر ، يطابق الطول الموجي للضوء في المادة الرنان حجم الرنين من أربعة إلى خمسة أضعاف.لقد أثبتنا أن جسيماتنا تدعم الرنين Mie من الدرجة الثالثة ، وهو الرنين السابق الذي لم يحدث أبدًا.وبعبارة أخرى ، عندما يكون حجم الرنان مساويًا لثلاثة أطوال موجية للضوء داخل المادة ، يمكننا إنتاج انبعاث محفز متماسك ".
شيء آخر مهم هو أن الجسيمات النانوية يمكن استخدامها كليزر دون تطبيق ضغط خارجي أو درجات حرارة منخفضة جدًا.تم إنتاج جميع التأثيرات الموصوفة في الدراسة عند الضغط الجوي العادي ودرجة حرارة الغرفة.وهذا يجعل هذه التكنولوجيا جذابة للخبراء المتخصصين في تصنيع الرقائق الضوئية وأجهزة الاستشعار والأجهزة الأخرى التي تستخدم الضوء لنقل المعلومات ومعالجتها ، بما في ذلك الرقائق لأجهزة الكمبيوتر الضوئية.
ميزة الليزر التي تعمل في نطاق الضوء المرئي هي أنها أصغر من مصادر الضوء الأحمر والأشعة تحت الحمراء بنفس الخصائص عندما تكون جميع الخصائص الأخرى متشابهة.في الواقع ، عادةً ما يكون لحجم الليزر الصغير علاقة تكعيبية مع الطول الموجي المنبعث ، وبما أن الطول الموجي للضوء الأخضر أصغر بثلاث مرات من ضوء الأشعة تحت الحمراء ، فإن حد التصغير يكون أكبر بكثير بالنسبة لليزر الأخضر.هذا أمر ضروري لإنتاج مكونات فائقة المدمجة لأنظمة الكمبيوتر الضوئية المستقبلية.