Uutiset

Tutkijat valjastivat nanopartikkelit äärimmäisen pieneksi laseriksi

Kyseessä on maailman ensimmäinen näkyvän valon aallonpituuksilla toimiva, niin sanottuja pimeitä hilamoodeja hyödyntävä plasmoninen nanolaser.

Aalto-yliopiston tutkijoiden kehittämä uudentyyppinen laser on erittäin pieni, noin tuhannesosa ihmisen hiuksen paksuudesta. Valon elinaika näin pienissä rakenteissa on äärimmäisen lyhyt, vain kymmeniä tai satoja kertoja suurempi kuin valon omaan värähtelyyn tarvittava aika. Tutkimustulos avaa mahdollisuuden kehittää uusia integroituja koherentteja valonlähteitä kuten lasereita, jotka ovat erittäin nopeita ja pieniä.

Laserin toiminta perustuu hopeasta tehtyihin nanopartikkelihiloihin. Toisin kuin perinteisissä lasereissa, joissa takaisinkytkentä tapahtuu normaalien peilien avulla, uusi nanolaser hyödyntää sadan nanometrin kokoisten nanopartikkelien säteilemää valoa. Kukin nanopartikkeli toimii kuin pieni antenni, joka säteilee valoa toisiin partikkeleihin. Maksimoidakseen laserin intensiteetin tutkijat asettivat partikkelit laservalon aallonpituuden etäisyydelle toisistaan. Tällöin kaikki partikkelit säteilevät samassa vaiheessa ja siten voimistavat laservaloa. Laserin vahvistavana elementtinä käytettiin orgaanisia fluoresoivia molekyylejä.

Valoa pimeästä

Eräs keskeisimmistä haasteista nanolaserin kehittämisessä oli valon lyhyt elinaika tällaisissa nanorakenteissa. Tutkijat kiersivät ongelman hyödyntämällä niin kutsuttuja pimeitä moodeja.

“Pimeät moodit voidaan intuitiivisesti ymmärtää perinteisten antennien avulla: yksittäinen antenni säteilee voimakkaasti, mutta kaksi antennia, jotka ovat hyvin lähellä toisiaan ja joihin syötetään vastakkaisvaiheista virtaa, säteilevät hyvin vähän”, selittää akatemiaprofessori Päivi Törmä.

”Pimeä moodi aiheuttaa vastakkaisvaiheisia virtoja jokaiseen nanopartikkeliin, mutta paljon suuremmilla taajuuksilla, jotka vastaavat näkyvää valoa”, hän jatkaa.

“Pimeät moodit ovat kiinnostavia niiden sovellusten kannalta, joissa pieni tehonkulutus on tärkeää. Sellaisenaan pimeän moodin laserointi on hyödytöntä, sillä pimeän moodin laservalo on sidottu nanopartikkelihilan pintaan eikä pääse pakenemaan”, lisää Staff Scientist Tommi Hakala.

”Hyödyntämällä nanopartikkelihilan äärellistä kokoa löysimme tavan ohjata valo ulos. Hilan reunoja kohti mentäessä partikkelit alkavat käyttäytyä yhä enemmän kuin tavalliset antennit, jotka säteilevät laservaloa ulkomaailmaan”, kertoo jatko-opiskelija Heikki Rekola.

Tutkimusryhmä käytti laserin valmistamiseen kansallisen OtaNano tutkimusinfrastruktuurin puhdastiloja ja nanovalmistuslaitteita.

Tulokset julkaistiin Nature Communications -julkaisussa.
 

Yhteydenotot:
Akatemiaprofessori Päivi Törmä
[email protected]
p. 050 382 6770

Quantum Dynamics-tutkimusryhmä: http://physics.aalto.fi/en/groups/qd/
Laskennallisen nanotieteen huippututkimusyksikkö, COMP: http://comp.aalto.fi/

OtaNano: http://www.otanano.fi/

Video: https://www.youtube.com/watch?v=jXuAk17ycJA

Tutkimusartikkeli: T.K. Hakala, H.T. Rekola, A.I. Väkeväinen, J.-P. Martikainen, M. Nečada, A.J. Moilanen, P. Törmä. Lasing in dark and bright modes of a finite-sized plasmonic lattice. DOI:10.1038/NCOMMS13687.

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lue lisää uutisia

Lääkäri juttelee lapsen kanssa
Mediatiedotteet, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Tutkijat kehittivät paremman tavan määrittää turvallisia lääkeannoksia lapsille

Lääketutkimuksissa lapset tavataan nähdä pieninä aikuisina, vaikka koon lisäksi myös elinten kehittyminen vaikuttaa turvallisiin annosrajoihin. Uusi menetelmä voi tehdä lääkekehityksestä nopeampaa ja riskittömämpää.
Shimmering wood
Mediatiedotteet Julkaistu:

Innovaatiomedia Fast Company valitsi puuglitterin maailmaa muuttavien keksintöjen joukkoon

Muotoilija Noora Yau ja materiaalitutkija Konrad Klockars tekevät puusta väriä, joka on läpinäkyvää mutta loistaa kuin riikinkukon sulat ja koppakuoriaisen selkä.
In the study, self-management was defined as the employee’s experience of how much power they have to make decisions concerning their own work. Photo: Mikko Raskinen, Aalto University.
Mediatiedotteet Julkaistu:

Tutkimus: Itseohjautuvuus lisää työn imua, vähentää stressiä ja nopeuttaa palautumista

2 000 suomalaisen vastaukset osoittivat, että mahdollisuus vaikuttaa työn tekemisen tapaan lisää kiistatta hyvinvointia, kun taas hierarkkisuus ennustaa työuupumuksen oireita.
A cartoon showing a graphene lattice with a strip of blue in the middle representing the topological superconductor
Mediatiedotteet Julkaistu:

Kohti hiilipohjaisia kvanttitietokoneita – tutkijat etsivät grafeenista vaihtoehtoa kubittien materiaaliksi

Tutkijat osoittivat, että magneettisuus ja suprajohtavuus voivat esiintyä samaan aikaan grafeenissa. Tämä mahdollistaa grafeeniin pohjautuvat topologiset kubitit.