Un nuovo studio mostra che il materiale colorante organico combinato con nanostrutture metalliche può fornire dinamiche laser ultraveloci con impulsi laser brevi e che appaiono rapidamente.

"Volevamo scoprire quanto velocemente possiamo accendere e spegnere il nostro dispositivo laser. La generazione rapida di impulsi laser può essere molto utile nell'elaborazione delle informazioni e può migliorare la risposta di alcuni dispositivi optoelettronici, " spiega il ricercatore post-dottorato Konstantinos Daskalakis alla Aalto University.

I campioni utilizzati negli esperimenti sono costituiti da nanoparticelle d'oro poste su vetro e immerse in un ambiente organico, materiale che emette luce. Le nanoparticelle sono disposte molto vicine l'una all'altra in una matrice quadrata. I campi elettrici localizzati intorno alle particelle determinano intensità di campo elevate che accelerano la dinamica molecolare nel colorante organico.

I campi elettromagnetici e le particelle d'oro conduttrici interagiscono sia tra loro che con il colorante organico per generare un impulso laser direzionale ultraveloce, lungo un trilionesimo di secondo.

La generazione di un laser di questo tipo è promettente per la commutazione e il rilevamento completamente ottici e potrebbe migliorare la velocità delle telecomunicazioni ottiche e le prestazioni dei dispositivi che utilizzano la luce per elaborare le informazioni, come fotocamere e transistor.

I nanolaser molto piccoli di solito non forniscono raggi chiaramente direzionali. La disposizione delle nanoparticelle in un array migliora notevolmente la direzionalità. Tali laser sono già stati creati in diversi laboratori nel mondo, ma il loro potenziale per impulsi ultraveloci non è stato dimostrato prima degli esperimenti condotti all'Università di Aalto.

La misurazione delle proprietà degli impulsi è molto impegnativa a causa della loro incredibile velocità.

"Il risultato chiave qui è che siamo riusciti a dimostrare sperimentalmente che gli impulsi laser sono davvero ultraveloci. Il laser si verifica in modalità ottiche che sono ibridi di luce e il movimento degli elettroni nel metallo. Queste modalità sono chiamate risonanze reticolari superficiali, " spiega il professore dell'Accademia Päivi Törmä.

La luce laser viene prima compressa dalle nanoparticelle metalliche in dimensioni sub-lunghezza d'onda, e poi fuoriesce dai modi di risonanza del reticolo superficiale come un picosecondo veloce, impulso laser concentrato.

"Questi tipi di laser array di nanoparticelle metalliche sono eccellenti per generare radiazioni laser pulsate con un'elevata velocità di modulazione, " dice il dottorando Aaro Väkeväinen.

L'impulso generato dal laser a nanoparticelle è così veloce che non esistono fotocamere elettroniche convenzionali in grado di catturarne le dinamiche. I ricercatori hanno usato un altro laser come "fotocamera, " scattare foto molto veloci del minuscolo laser. Il metodo si chiama spettroscopia a pompa di sonda.