|
美國科學家研發出一款新型室溫雷射，他們使用有機染料分子作為增益介質，並藉此包圍金屬奈米微粒陣列。此裝置利用了一種新型態的光子電漿子激發，稱為「晶格電漿子」(lattice plasmon)，可望有助於發展下一代資訊科技，以光子來取代電子在元件中的角色。
縮減光電和電子元件的尺寸對於許多科技應用而言是一關鍵因素，譬如從超快資料處理到超密資訊儲存等。此外，同調奈米光源如雷射則可用來製作能避開繞射極限的光學裝置。
美國西北(Northwestern)大學Teri Odom研究團隊所設計打造的新穎雷射利用了金或銀奈米微粒作為奈米雷射共振腔，這些腔體存在局部光場，從表面延伸達數十奈米。當排列成2D陣列時，這些奈米微粒會彼此產生交互作用並形成一種新型態的光子電漿子激發(photon-plasmon excitation)，稱為晶格電漿子。所謂的電漿子則為表面傳導電子的集體振盪行為。
研究人員使用摻雜染料分子的聚胺酯(polyurethane)作為增益介質並以此包圍住這些腔體。 晶格電漿子在處於能帶邊緣態(band edge state)時會停止移動，在此情況下，藉由來自增益介質內光激發染料分子的轉移能量可以增強這些晶格電漿子，透過分佈回饋機制而產生同調雷射光。這些放大光束的建設性干涉使得光能垂直奈米微粒陣列表面而射出，並且具有明確定義的波長。雷射光束的方向性是傳統光子雷射(photonic laser)的重要特性，而在此之前大部分電漿子雷射的波束指向性(beam directionality)偏差。
Odom表示，他們所研究的增益加強式主動電漿子奈米結構是傳統光學與奈米光學間的一座重要橋梁。此新穎電漿子奈米共振腔陣列雷射具有超快反應以及微小體積等優點，可望應用於高速積體光學計算、奈米光譜學以及超高密度光學資料儲存等。
此西北大學團隊目前計畫改變個別腔體的幾何結構以及腔體間距(也就是晶格週期性)，同時著手發展3D陣列。除此之外，他們也打算在此奈米雷射裝置中使用半導體增益材料，如此一來元件便能利用電能而非僅依賴光能。詳見Nature Nanotechnologydoi:10.1038/nnano.2013.99。 |