Récemment, une équipe internationale de chercheurs menés par des chercheurs à partir de l'université d'ITMO (Russie) a annoncé qu'elle a développé le laser du semi-conducteur le plus compact du monde dans la gamme légère évidente à la température ambiante. Selon l'auteur de l'équipe de recherche, ce laser est un nanoparticle avec une taille de seulement 310 nanomètres (environ 1/3000 d'un millimètre), qui peuvent produire de la lumière logique verte à la température ambiante et peuvent même être vus à l'oeil nu utilisant un microscope optique standard.
Il vaut de mentionner que les scientifiques ont avec succès surmonté la partie verte de la bande claire évidente. Le chercheur principal de cet article, Sergey Makarov, un professeur à l'école de la physique et de l'ingénierie de l'université d'ITMO, a dit : « En semi-conducteurs luminescents modernes, dans le domaine, il y a “problème d'espace vert un”. L'espace vert signifie que le rendement quantique des matières conventionnelles de semi-conducteur employées dans des diodes électroluminescentes chute brusquement dans la partie verte du spectre. Ce problème complique le développement des nanolasers de température ambiante faits de matériaux conventionnels de semi-conducteur. »
L'équipe de recherche universitaire d'ITMO a choisi l'halogénure de perovskite comme matériel pour son laser nano. Des lasers traditionnels se composent de milieu actif de deux éléments-un de clé qui permet l'excitation et l'émission logique et un résonateur optique qui aide l'intérieur d'énergie électromagnétique de confins pendant longtemps. La perovskite peut fournir ces deux caractéristiques : une certaine forme des particules de nanomètre peut agir en tant que médias actifs et résonateurs à haute efficacité. En conséquence, les scientifiques ont réussi à produire 310 particules en forme de cube de taille d'un nanomètre qui, une fois excitées par le laser de femtoseconde palpitent, peuvent produire du rayonnement de laser à la température ambiante.
Ladite Ekaterina Tiguntseva, un chercheur junior à l'université d'ITMO et un des co-auteurs du papier. « Nous utilisons le laser de femtoseconde palpite pour pomper des nanolasers. Nous irradions les nanoparticles d'isolement jusqu'à ce que le seuil de génération de laser d'une intensité spécifique de pompe soit atteint. Nous avons montré que ce nanolaser peut fonctionner dans au moins un million de cycles d'excitation. « L'unicité du nanolaser développé par l'équipe de recherche n'est pas limitée à sa petite taille. Les nanoparticles nouvellement conçus peuvent également effectivement limiter l'énergie d'émission stimulée et fournir l'amplification suffisamment élevée de champ électromagnétique pour la génération de laser.
Kirill Koshelev, un chercheur junior à l'université d'ITMO et un des co-auteurs de l'article, ont expliqué : « L'idée est que la génération de laser est un processus de seuil. C'est-à-dire, vous employez des impulsions de laser pour exciter des nanoparticles à une intensité spécifique de “seuil” d'une source lumineuse extérieure. Les particules commencent à produire l'émission de laser. Si vous ne pouvez pas limiter la lumière à une assez bonne gamme, il n'y aura aucune émission de laser. Dans des expériences précédentes avec d'autres matériaux et systèmes, mais avec les idées semblables, elle prouve que vous pouvez employer la résonance de quatrième-ordre ou de Mie de cinquième-ordre, ainsi il signifie qu'à la fréquence produite par le laser, la longueur d'onde légère dans les matchs matériels le volume de résonateur quatre à cinq fois la résonance. Nous avons montré que nos particules soutiennent la résonance de troisième ordre de Mie, qui est la précédente non jamais faite. En d'autres termes, quand la taille du résonateur est égale à trois longueurs d'onde de lumière à l'intérieur du matériel, nous pouvons produire l'émission stimulée logique. »
Une autre chose importante est que les nanoparticles peuvent être employés comme laser sans appliquer la pression externe ou des températures très basses. Tous les effets décrits dans l'étude ont été produits à la pression atmosphérique normale et à la température ambiante. Ceci rend cette technologie attrayante aux experts qui se spécialisent en fabriquant les puces optiques, les capteurs, et d'autres dispositifs qui emploient la lumière pour transmettre et les informations sur le processus, y compris des puces pour les ordinateurs optiques.
L'avantage des lasers fonctionnant dans la gamme légère évidente est qu'ils sont plus petits que des sources lumineuses rouges et infrarouges avec les mêmes caractéristiques quand toutes autres caractéristiques sont identiques. En fait, le volume d'un petit laser a habituellement des relations cubiques avec la longueur d'onde émise, et puisque la longueur d'onde du feu vert est trois fois plus petite que celle de la lumière infrarouge, la limite de la miniaturisation est beaucoup plus grand pour les lasers verts. C'est essentiel pour la production des composants ultra-compacts pour de futurs systèmes informatiques optiques.