Ricercatori dell'Università Aalto, Finlandia, sono i primi a sviluppare un nanolaser plasmonico che opera alle frequenze della luce visibile e utilizza le cosiddette modalità reticolo oscuro.

Il laser funziona su scale di lunghezza 1000 volte inferiori allo spessore di un capello umano. Le vite di luce catturate in dimensioni così piccole sono così brevi che l'onda luminosa ha il tempo di muoversi su e giù solo poche decine o centinaia di volte. I risultati aprono nuove prospettive per sorgenti luminose coerenti su chip, come laser, che sono estremamente piccoli e ultraveloci.

L'operazione laser in questo lavoro si basa su nanoparticelle d'argento disposte in un array periodico. A differenza dei laser convenzionali, in cui il feedback del segnale laser è fornito da normali specchi, questo nanolaser utilizza l'accoppiamento radiativo tra nanoparticelle d'argento. Queste particelle di 100 nanometri agiscono come minuscole antenne. Per produrre luce laser ad alta intensità, la distanza tra le particelle è stata abbinata alla lunghezza d'onda del laser in modo che tutte le particelle dell'array si irradino all'unisono. Sono state utilizzate molecole fluorescenti organiche per fornire l'energia in ingresso (il guadagno) necessaria per il laser.

Luce dal buio

Una delle principali sfide nel realizzare questa tecnica laser è stata che la luce potrebbe non esistere abbastanza a lungo in dimensioni così piccole per essere utile. I ricercatori hanno trovato un modo intelligente per aggirare questo potenziale problema:hanno prodotto laser in modalità oscura.

"Una modalità oscura può essere compresa intuitivamente considerando antenne normali:una singola antenna, quando guidato da una corrente, irradia forte, considerando che due antenne, se azionate da correnti opposte e posizionate molto vicine tra loro, irradiano pochissimo, " spiega il professore dell'Accademia Päivi Törmä. "Una modalità oscura in una matrice di nanoparticelle induce correnti di fase opposta simili in ciascuna nanoparticella, ma ora con frequenze di luce visibile."

"Le modalità scure sono attraenti per le applicazioni in cui è necessario un basso consumo energetico. Ma senza trucchi, il laser in modalità oscura sarebbe del tutto inutile, perché la luce è essenzialmente intrappolata nell'array di nanoparticelle e non può andarsene, ", afferma lo scienziato dello staff Tommi Hakala.

dottorato di ricerca lo studente Heikki Rekola dice:"Utilizzando le ridotte dimensioni dell'array, abbiamo trovato una via di fuga per la luce. Verso i bordi dell'array, le nanoparticelle iniziano a comportarsi sempre più come normali antenne che si irradiano verso il mondo esterno."

Il team di ricerca ha utilizzato le strutture di nanofabbricazione e le camere bianche dell'infrastruttura di ricerca nazionale OtaNano.

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Comunicazioni sulla natura .