世界最小納米激光器在美問世

研究人員最近展示了一種有史以來最小的激光器，其包含一個直徑僅為44納米的納米粒子。該器件因能產(chǎn)生一種稱為表面等離子的輻射而被命名為“spaser”。這項新技術(shù)可允許光子局限在非常小的空間內(nèi)，一些物理學(xué)家據(jù)此認(rèn)為，就像晶體管之于現(xiàn)今的電子產(chǎn)品，spaser也許將成為未來光學(xué)計算機的基礎(chǔ)。
　　美國諾福克大學(xué)材料研究中心物理學(xué)教授米哈伊爾·諾基諾夫表示，現(xiàn)今最好的消費電子產(chǎn)品可在大約10吉赫茲的速度上運行，但未來的光學(xué)器件的運行速度可達(dá)到幾百太赫茲范圍。一般來說，光學(xué)器件難以實現(xiàn)小型化，是因為光子無法限定在比其一半波長更小的區(qū)域內(nèi)。但以表面等離子形式與光作用的器件就能將光限定在非常緊密的位點上。
　　諾基諾夫說，目前科學(xué)家們正在基于等離子的新一代納米電子設(shè)備的理論研究上努力探索。與以前的其他等離子器件不同的是，spaser能有效地產(chǎn)生和放大這些光波。諾基諾夫及同事在近期的《自然》雜志上發(fā)表了此項研究成果。
　　spaser包含一個直徑僅為44納米的單納米粒子，激光器的其他不同部分的功能則與常規(guī)激光器無異。在普通激光器中，光子通過可放大光線的增益介質(zhì)在兩個鏡面間反彈。而spaser中的光則圍繞一個等離子形式的納米粒子核中的金球表面進行反彈。
　　此中的挑戰(zhàn)是確保這種能量不會快速從金屬表面消散。諾基諾夫及其團隊通過在金球上噴涂嵌有染料的硅層來實現(xiàn)這一要求。硅層可作為增益媒介。來自spaser的光可作為等離子體保持在限定區(qū)域，亦可作為可見光范圍的光子離開粒子表面。像一個激光器一樣，spaser必須“泵”入必要的能量，研究人員利用光脈沖轟擊粒子來達(dá)到這個目的。
　　常規(guī)激光器的大小取決于其使用的光波長，反射面間的距離不能小于光波長的一半，在可見光范圍大約為200納米。spaser則是利用等離子體解決了此局限。諾基諾夫說，spaser也許將能做到一個納米大小，但任何小于這一尺寸的納米粒子，其功能就會喪失。
　　美國喬治亞州大學(xué)物理學(xué)教授馬克·斯托克曼稱，和目前最快的晶體管相比，spaser雖具有同等的納米尺度，但其速度要快上1000倍，這為制造速度超快的放大器、邏輯元件和微處理器提供了可能。
　　諾基諾夫則表示，spaser不僅能在光子計算機領(lǐng)域找到用武之地，也能在現(xiàn)今使用常規(guī)激光器的領(lǐng)域得到應(yīng)用。更為現(xiàn)實的應(yīng)用領(lǐng)域就是磁性數(shù)據(jù)存儲業(yè)。現(xiàn)今用于硬盤的磁性數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)已達(dá)到其物理極限，擴展其存儲能力的方法之一就是在其記錄過程中用非常小的光點對介質(zhì)進行加熱，而這必須使用納米激光器才能做到。