Российские ученые научились оперативно и дешево "печатать" нанолазеры

Физики из РФ, США и Австралии создали технологию, позволяющую быстро и дешево "печатать" миниатюрные полупроводниковые лазеры, используя те же инструменты, что и изготовители обычных микросхем. Их выводы были представлены в журнале ACS Nano.

"Очень важно, что у нас получилось создать нанолазеры, которые светят одной длиной волны. У них шероховатая поверхность и она гасит все моды, кроме какой-то одной, для которой условия самые подходящие. При этом цвет излучения мы можем контролировать от красного до зеленого, просто варьируя состав пленки", – комментирует Сергей Макаров, физик из Университета ИТМО в Санкт-Петербурге.

Свет и другие типы электромагнитных волн переносят информацию гораздо эффективнее и быстрее, чем электрические сигналы, благодаря чему большая часть современных систем связи основана на оптоволокне и различных лазерных излучателях. Ученые давно пытаются заменить транзисторы и металлические дорожки внутри чипов их световыми аналогами, однако пока это не удается сделать по одной простой причине – движением света очень сложно управлять.

Подобную задачу могут решить наночастицы, способные вырабатывать лазерное излучение или поглощать один тип частиц света и излучать другие виды световых волн. За последние годы физики создали сотни подобных излучателей, очень эффективно конвертирующих один тип фотонов в другой.

У всех них, как отмечают Макаров и его коллеги, есть один общий недостаток. По сути, их нужно собирать или вручную, или их почти невозможно встроить внутрь интегральных схем и ныне существующих полупроводниковых приборов, изготовляемых при помощи различных методик литографической "печати".

Как передает пресс-служба Университета ИТМО, российским физикам и их зарубежным коллегам удалось решить эту проблему, используя перовскиты – полупроводниковые материалы с достаточно необычными свойствами и структурой, похожие на природный минерал перовскит, хорошо поглощающие свет и превращающие его в другие формы энергии.

Ученые достаточно давно научились создавать миниатюрные лазеры из перовскитов, используя различные наноструктуры из этого материала, однако все подобные конструкции тоже нельзя было произвольно разместить в нужном участке микросхемы, не прибегая к дорогим технологиям их "многослойной" обработки.

Макаров и его коллеги обошли эту проблему, обнаружив, что лазеры с нужными свойствами можно изготовлять прямо в том месте, где они должны находиться, приклеив пленку из перовскита на подложку и обстреляв ее при помощи специальных "закрученных" лазерных импульсов, похожих по форме на кольцо или бублик.

В результате из пленки получается набор перовскитных дисков, способных вырабатывать очень "кучные" вспышки лазерного излучения благодаря так называемому эффекту "шепчущей галереи", секрет которого известен человечеству еще со времен Средневековья.

Этот феномен возникает в эллиптических или круглых помещениях - звук в окрестностях стен таких построек распространяется особым образом, благодаря чему даже тихий шепот можно легко услышать у стенки в противоположном конце здания. Относительно недавно ученые выяснили, что его можно использовать и для манипуляций со светом, в том числе и для создания лазеров.

В ближайшее время, как отмечают исследователи, они планируют адаптировать эту технологию для промышленного производства лазеров, а также встроить их в прототипы оптических чипов и другие элементы световых компьютеров будущего.