เซมิคอนดักเตอร์เลเซอร์ที่เล็กที่สุดถือกำเนิดขึ้น

เมื่อเร็ว ๆ นี้ทีมนักวิจัยนานาชาตินำโดยนักวิจัยจาก ITMO University （รัสเซีย） ประกาศว่า บริษัท ได้พัฒนาเลเซอร์เซมิคอนดักเตอร์ขนาดกะทัดรัดที่สุดในโลกในช่วงแสงที่มองเห็นได้ที่อุณหภูมิห้องตามที่ผู้เขียนของทีมวิจัยเลเซอร์นี้เป็นอนุภาคนาโนที่มีขนาดเพียง 310 นาโนเมตร (ประมาณ 1/3000 มิลลิเมตร) ซึ่งสามารถสร้างแสงสีเขียวที่เชื่อมโยงกันที่อุณหภูมิห้องและยังสามารถมองเห็นได้ด้วยตาเปล่าโดยใช้ กล้องจุลทรรศน์แสงมาตรฐาน

เป็นมูลค่าการกล่าวขวัญว่านักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการเอาชนะส่วนสีเขียวของแถบแสงที่มองเห็นได้ผู้วิจัยหลักของบทความนี้เซอร์เกย์มาคารอฟศาสตราจารย์โรงเรียนฟิสิกส์และวิศวกรรมของมหาวิทยาลัย ITMO กล่าวว่า“ ในเซมิคอนดักเตอร์ที่เปล่งแสงสมัยใหม่ในภาคสนามมีปัญหา 'ช่องว่างสีเขียว'ช่องว่างสีเขียวหมายความว่าประสิทธิภาพควอนตัมของวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปที่ใช้ในไดโอดเปล่งแสงลดลงอย่างรวดเร็วในส่วนสีเขียวของสเปกตรัมปัญหานี้ทำให้เกิดความซับซ้อนในการพัฒนานาโนเลเซอร์สำหรับอุณหภูมิห้องที่ทำจากวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป"

ทีมวิจัยของมหาวิทยาลัย ITMO เลือก perovskite halide เป็นวัสดุสำหรับเลเซอร์นาโนเลเซอร์แบบดั้งเดิมประกอบด้วยสององค์ประกอบหลัก - สื่อที่ใช้งานที่ช่วยให้เกิดการกระตุ้นและการปล่อยแสงอย่างต่อเนื่องและตัวสะท้อนแสงที่ช่วยกักเก็บพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าไว้เป็นเวลานานPerovskite สามารถให้สองลักษณะนี้: อนุภาคนาโนเมตรที่มีรูปร่างบางอย่างสามารถทำหน้าที่เป็นทั้งสื่อที่ใช้งานอยู่และตัวสะท้อนที่มีประสิทธิภาพสูงเป็นผลให้นักวิทยาศาสตร์ประสบความสำเร็จในการผลิตอนุภาครูปลูกบาศก์ขนาด 310 นาโนเมตรซึ่งเมื่อถูกกระตุ้นด้วยเลเซอร์เฟมโตวินาทีสามารถสร้างรังสีเลเซอร์ที่อุณหภูมิห้องได้

Ekaterina Tiguntseva นักวิจัยรุ่นเยาว์ของมหาวิทยาลัย ITMO และหนึ่งในผู้ร่วมเขียนบทความกล่าว"เราใช้พัลส์เลเซอร์ femtosecond ในการปั๊มนาโนเลเซอร์เราฉายรังสีอนุภาคนาโนที่แยกได้จนกว่าจะถึงเกณฑ์การสร้างเลเซอร์ของความเข้มของปั๊มที่เฉพาะเจาะจงเราได้พิสูจน์แล้วว่านาโนเลเซอร์นี้สามารถทำงานได้ภายในรอบกระตุ้นอย่างน้อยหนึ่งล้านรอบ" เอกลักษณ์ของนาโนเลเซอร์ที่พัฒนาขึ้น โดยทีมวิจัยไม่ จำกัด ขนาดที่เล็กอนุภาคนาโนที่ออกแบบใหม่สามารถ จำกัด พลังงานที่ปล่อยออกมาได้อย่างมีประสิทธิภาพและให้การขยายสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สูงพอสำหรับการผลิตเลเซอร์

Kirill Koshelev นักวิจัยรุ่นน้องที่มหาวิทยาลัย ITMO และหนึ่งในผู้เขียนร่วมของบทความนี้อธิบายว่า“ แนวคิดคือการสร้างเลเซอร์เป็นกระบวนการที่มีเกณฑ์นั่นคือคุณใช้เลเซอร์พัลส์เพื่อกระตุ้นอนุภาคนาโนที่ความเข้ม 'ขีด จำกัด ' เฉพาะของแหล่งกำเนิดแสงภายนอกอนุภาคจะเริ่มปล่อยแสงเลเซอร์หากคุณไม่สามารถ จำกัด แสงให้อยู่ในช่วงที่ดีพอก็จะไม่มีการปล่อยแสงเลเซอร์ในการทดลองก่อนหน้านี้กับวัสดุและระบบอื่น ๆ แต่ด้วยแนวคิดที่คล้ายกันแสดงให้เห็นว่าคุณสามารถใช้เสียงสะท้อน Mie ลำดับที่สี่หรือลำดับที่ห้าซึ่งหมายความว่าที่ความถี่ที่สร้างขึ้นโดยเลเซอร์ความยาวคลื่นแสงในวัสดุจะตรงกับเรโซแนนซ์ ระดับเสียงสี่ถึงห้าเท่าของเสียงสะท้อนเราได้พิสูจน์แล้วว่าอนุภาคของเรารองรับการกำทอนของ Mie ลำดับที่สามซึ่งเป็นสิ่งที่ไม่เคยทำมาก่อนกล่าวอีกนัยหนึ่งคือเมื่อขนาดของเรโซเนเตอร์เท่ากับแสงสามความยาวคลื่นภายในวัสดุเราสามารถผลิตการปล่อยที่ถูกกระตุ้นที่สอดคล้องกันได้ "

สิ่งสำคัญอีกประการหนึ่งคืออนุภาคนาโนสามารถใช้เป็นเลเซอร์ได้โดยไม่ต้องใช้แรงกดภายนอกหรืออุณหภูมิที่ต่ำมากผลกระทบทั้งหมดที่อธิบายไว้ในการศึกษาถูกสร้างขึ้นที่ความดันบรรยากาศปกติและอุณหภูมิห้องทำให้เทคโนโลยีนี้น่าสนใจสำหรับผู้เชี่ยวชาญที่เชี่ยวชาญในการผลิตชิปออปติคัลเซ็นเซอร์และอุปกรณ์อื่น ๆ ที่ใช้แสงในการส่งและประมวลผลข้อมูลรวมถึงชิปสำหรับคอมพิวเตอร์ออปติคัล

ข้อดีของเลเซอร์ที่ทำงานในช่วงแสงที่มองเห็นได้คือมีขนาดเล็กกว่าแหล่งกำเนิดแสงสีแดงและอินฟราเรดที่มีลักษณะเดียวกันเมื่อลักษณะอื่น ๆ เหมือนกันทั้งหมดในความเป็นจริงปริมาตรของเลเซอร์ขนาดเล็กมักจะมีความสัมพันธ์แบบลูกบาศก์กับความยาวคลื่นที่ปล่อยออกมาและเนื่องจากความยาวคลื่นของแสงสีเขียวมีขนาดเล็กกว่าแสงอินฟราเรดถึงสามเท่าขีด จำกัด ของการย่อขนาดจึงมีมากกว่าสำหรับเลเซอร์สีเขียวสิ่งนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการผลิตส่วนประกอบขนาดกะทัดรัดพิเศษสำหรับระบบคอมพิวเตอร์ออพติคอลในอนาคต