世界最小納米激光器在美問(wèn)世

研究人員最近展示了一種有史以來(lái)最小的激光器，其包含一個(gè)直徑僅為44納米的納米粒子。該器件因能產(chǎn)生一種稱(chēng)為表面等離子的輻射而被命名為“spaser”。這項(xiàng)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(lái)光學(xué)計(jì)算機(jī)的基礎(chǔ)。

美國(guó)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(fèi)電子產(chǎn)品可在大約10吉赫茲的速度上運(yùn)行，但未來(lái)的光學(xué)器件的運(yùn)行速度可達(dá)到幾百太赫茲范圍。一般來(lái)說(shuō)，光學(xué)器件難以實(shí)現(xiàn)小型化，是因?yàn)楣庾訜o(wú)法限定在比其一半波長(zhǎng)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(diǎn)上。

諾基諾夫說(shuō)，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(xiàng)研究成果。

spaser包含一個(gè)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(wú)異。在普通激光器中，光子通過(guò)可放大光線(xiàn)的增益介質(zhì)在兩個(gè)鏡面間反彈。而spaser中的光則圍繞一個(gè)等離子形式的納米粒子核中的金球表面進(jìn)行反彈。

此中的挑戰(zhàn)是確保這種能量不會(huì)快速?gòu)慕饘俦砻嫦ⅰＶZ基諾夫及其團(tuán)隊(duì)通過(guò)在金球上噴涂嵌有染料的硅層來(lái)實(shí)現(xiàn)這一要求。硅層可作為增益媒介。來(lái)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(jiàn)光范圍的光子離開(kāi)粒子表面。像一個(gè)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(lái)達(dá)到這個(gè)目的。

常規(guī)激光器的大小取決于其使用的光波長(zhǎng)，反射面間的距離不能小于光波長(zhǎng)的一半，在可見(jiàn)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(shuō)，spaser也許將能做到一個(gè)納米大小，但任何小于這一尺寸的納米粒子，其功能就會(huì)喪失。

美國(guó)喬治亞州大學(xué)物理學(xué)教授馬克·斯托克曼稱(chēng)，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(jì)算機(jī)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(shí)的應(yīng)用領(lǐng)域就是磁性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)業(yè)。現(xiàn)今用于硬盤(pán)的磁性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)已達(dá)到其物理極限，擴(kuò)展其存儲(chǔ)能力的方法之一就是在其記錄過(guò)程中用非常小的光點(diǎn)對(duì)介質(zhì)進(jìn)行加熱，而這必須使用納米激光器才能做到。（來(lái)源：科技日?qǐng)?bào) 馮衛(wèi)東）