Фізики з Національної лабораторії Берклі вперше створили лазер двовимірний

Фізики з Національної лабораторії Берклі вперше створили двовимірний лазер – джерело когерентного випромінювання, в якому випромінює шар матеріалу товщиною в один атом. Стаття дослідників опублікована в Nature Photonics, а її короткий виклад наводиться на сайті Російського квантового центру.

Схема будови нового лазераИзображение: Yu Ye et al., Nature Photonics, 2015

Сучасні лазери складаються з трьох основних компонентів: активної середовища, системи накачування та оптичного резонатора. Активне середовище — це те, що безпосередньо випромінює. Система накачування — це система, яка повідомляє лазеру необхідну для випромінювання енергію. Нарешті, резонатор — це пристрій, який за допомогою явища резонансу дозволяє отримувати досить потужний лазерний імпульс.

Лазер – це джерело так званого когерентного випромінювання. Стосовно хвилях це означає, що різниця фаз коливань у різних точках середовища, де ці хвилі поширюються, не залежить від часу.

Отриманий в роботі лазер являє собою «бутерброд», що складається з моноатомного шару дисульфіду вольфраму (власне, активне середовище), затиснутого між парою шарів діелектрика. Товщина «бутерброда» становить приблизно 500 нанометрів і розташовується він на спеціальній підставці, щоб випромінювання від нього можна було зареєструвати. Система накачування в досвіді являла собою інший лазер.

Найцікавішою частиною нового лазера, однак, є резонатор. Справа в тому, що в шарах дисульфіду виникають екситони — квазічастинки, що представляють собою об’єднання дірки (тобто місця у шарі, позбавленого заряду) і електрона, тобто носіїв заряду. За словами вчених, дисульфід вольфраму володіє чудовими властивостями: багато ефекти, пов’язані з экситонами, в ньому виражені особливо яскраво.

Авторам роботи вдалося досягти у своєму резонаторі так званого ефекту шепчущей галереї. Добре відомо, що в деяких круглих або еліптичних залах шепіт добре поширюється вздовж стін, практично не досягаючи центру приміщення. Це пов’язано з формуванням стоячої хвилі, яка притискає коливання до стін, підсилюючи їх поширення.

На основі цього ефекту можна побудувати резонатор, але вже не для акустичних, а для інших типів хвиль і частинок (що, в принципі, одне і те ж). При цьому, як виявилося, подібні резонатори можуть бути дуже маленькими. У червні 2015 року схожим чином вдалося побудувати резонатор для плазмонів — квазічастинок, що представляють собою квант колективного коливання електронного газу в кристалічній решітці.

Тепер, використовуючи той же принцип, вчені побудували резонатор для екситонів. Саме ефект шепчущей галереї дозволяє добитися високої якості випромінювання. Вчені говорять, що їх резонатор може знайти застосування в створенні оптичних комп’ютерів, де всі операції будуть виконуватися з допомогою фотонів, а не електронів, як зараз.

Автор: Андрій Коняєв

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *