Το μικρότερο λέηζερ του κόσμου

Νέους δρόμους για την οπτικοηλεκτρονική ανοίγει το μικρότερο λέηζερ του κόσμου, που κατασκευάστηκε από Αμερικανούς επιστήμονες, ικανό να δημιουργήσει ορατό φως σε έναν χώρο μικρότερο και από ένα μόριο πρωτεϊνης. Πρόκειται για ένα ορόσημο στο πεδίο της φυσικής των λέιζερ και μια πραγματική πρόοδο στον τομέα της οπτικής, που ανοίγει νέους δρόμους στην οπτικο (ή οπτο)-ηλεκτρονική.

Η ανακάλυψη, που «γεφυρώνει» τον κόσμο των ηλεκτρονικών με αυτό των οπτικών σε μοριακό πλέον επίπεδο, έγινε από ερευνητές του πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας-Μπέρκλεϊ, υπό τον καθηγητή μηχανικής Ζιάν Τσανγκ.

Οι επιστήμονες όχι μόνο κατάφεραν να συμπιέσουν το φως σε ένα υπερβολικά μικρό χώρο, αλλά επιπλέον ανακάλυψαν έναν καινοτομικό τρόπο να εμποδίζουν τη διάχυση της ενέργειας του φωτός, επιτυγχάνοντας έτσι τη δράση του λέιζερ.

«Η νέα έρευνα καταστρέφει τις παραδοσιακές αντιλήψεις για τα όρια του λέιζερ και αποτελεί μια σημαντική πρόοδο, με πιθανές εφαρμογές στο πεδίο της βιο-ιατρικής, των επικοινωνιών και των υπολογιστών», δήλωσε ο Τσανγκ.

Η ανακάλυψη αναμένεται να βοηθήσει, μεταξύ άλλων, στην ανάπτυξη νανο-λέιζερ που θα μπορούν να ερευνούν και να «χειραγωγούν» τα μόρια του DNA, στη δημιουργία τηλεπικοινωνιών με βάση την οπτική, που θα είναι πολύ ταχύτερες από τις σημερινές, καθώς και στην κατασκευή οπτικών υπολογιστών όπου το φως θα αντικαθιστά τα ηλεκτρονικά κυκλώματα, πράγμα που θα επιτρέψει ένα ουσιαστικό άλμα στην ταχύτητα υπολογισμών και την επεξεργαστική ισχύ.

Η επιστήμη των λέιζερ έχει καταφέρει μέχρι σήμερα να δημιουργήσει όλο και πιο υψηλής ενέργειας, ταχύτερες και μικρότερες πηγές φωτός. Τέτοια πρόσφατα επιτεύγματα περιλαμβάνουν μικροσκοπικά λέιζερ που μπορούν να φτάσουν το όριο της διάθλασης και τα οποία βασίζονται σε φωτονικά κρύσταλλα, νανοσύρματα κ.α. Όμως υπάρχουν περιορισμοί σε αυτά τα λέιζερ, που έχουν να κάνουν κυρίως με τις διαστάσεις τους.

Η πρόκληση των επιστημόνων είναι πλέον η κατασκευή λέιζερ σε νανοκλίμακα, πέρα και από το όριο της διάθλασης, κάτι που υπόσχονται τα λεγόμενα «λέιζερ πλασμονίων», τα οποία προσφέρουν τη δυνατότητα για νέες «ακραίες» αλληλεπιδράσεις του φωτός με την ύλη, ανοίγοντας κυριολεκτικά νέους δρόμους σε πολλά τεχνολογικά πεδία.

Η ανακάλυψη των αμερικανών ερευνητών εντάσσεται σε αυτό το νέο πεδίο έρευνας των λεγόμενων «επιφανειακών πλασμονίων» (plasmons), τα οποία δημιουργούνται από την αλληλεπίδραση του φωτός με τα ηλεκτρόνια που ταλαντώνονται στην επιφάνεια των μετάλλων. Πολλές επιστημονικές ομάδες σε όλο τον κόσμο προσπαθούν να κατασκευάσουν λέιζερ πλασμονίων, όμως συναντούν πρακτικές δυσκολίες, καθώς η αντίσταση των μετάλλων αναγκάζει τα πλασμόνια να διαλύονται σχεδόν αμέσως μετά τη δημιουργία τους.

Η ομάδα του Μπέρκλεϊ κατάφερε όμως για πρώτη φορά να αποτρέψει αυτή τη διάλυση κι έτσι να αξιοποιήσει τα πλασμόνια για τη δημιουργία του πιο μικροσκοπικού λέιζερ. Οι Αμερικανοί ερευνητές μπόρεσαν να «παγιδέψουν» την ενέργεια των φωτός, ώστε να μην διαχυθεί, σε ένα κενό «κανάλι» πλάτους 40 και ύψους πέντε νανομέτρων (όσο ένα μόριο πρωτεϊνης), που δημιούργησαν ανάμεσα σε ένα νανοσύρμα από θειούχο κάδμιο (κατά 1.000 φορές λεπτότερο από μια ανθρώπινη τρίχα) και σε μια ασημένια επιφάνεια καλυμμένη με ένα λεπτότατο στρώμα φθοριούχου μαγνησίου πάχους μερικών νανομέτρων, παράγοντας τελικά φως λέιζερ με μήκος κύματος 489 νανομέτρων.

Το επίτευγμα έγινε με την χρήση υλικών ημιαγωγών και τεχνικών που χρησιμοποιούνται ευρέως από την σύγχρονη βιομηχανία ηλεκτρονικών συνεπώς η νέα τεχνολογία της «πλασμονικής» μπορεί ευκολότερα να αξιοποιηθεί πρακτικά για την κατασκευή εξελιγμένων «τσιπ» . Σύμφωνα με τους ερευνητές, οι μελλοντικές συσκευές που θα ενσωματώνουν τη νέα τεχνολογία, θα είναι πολύ πιο ενεργειακά αποδοτικές, ενώ θα προσφέρουν σαφώς μεγαλύτερες ταχύτητες και εύρος ζώνης.

Παράλληλα, η ανακάλυψη έχει πιθανές στρατιωτικές εφαρμογές, όπως δείχνει και το γεγονός ότι η σχετική έρευνα χρηματοδοτήθηκε εν μέρει και από το Γραφείο Επιστημονικής Έρευνας της Πολεμικής Αεροπορίας των ΗΠΑ.

Πηγή: ΑΠΕ