Un minuscolo laser che comprende una serie di cilindri semiconduttori su nanoscala (vedi immagine) è stato realizzato da un team tutto A*STAR. Questa è la prima volta che il laser è stato realizzato in nanostrutture non metalliche, e promette di portare a laser in miniatura utilizzabili in un'ampia gamma di dispositivi optoelettronici.

I laser a microscala sono ampiamente utilizzati in dispositivi come lettori CD e DVD. Ora, gli ingegneri ottici stanno sviluppando laser su nanoscala, così piccoli da non poter essere visti dall'occhio umano.

Un metodo promettente consiste nell'utilizzare array di minuscole strutture realizzate con semiconduttori con un alto indice di rifrazione. Tali strutture agiscono come minuscole antenne, risonanza a specifiche lunghezze d'onda. Però, è stato difficile usarli per costruire una cavità:il cuore di un laser, dove la luce rimbalza mentre viene amplificata.

Ora, Arseniy Kuznetsov, Figlio Tung Ha, Ramón Paniagua-Dominguez, e i loro colleghi dell'A*STAR Institute of Materials Research and Engineering hanno superato questo problema sfruttando un tipo molto insolito di onda stazionaria che rimane in un punto nonostante coesiste con uno spettro continuo di onde radianti che possono trasportare energia. Predetto per la prima volta dalla meccanica quantistica, questa onda è stata dimostrata sperimentalmente in ottica circa un decennio fa.

C'era un elemento di serendipità nell'invenzione. "Inizialmente avevamo pianificato di creare un laser basato solo sulle risonanze diffrattive nell'array, " ricorda Kuznetsov. "Ma dopo aver fabbricato campioni e averli testati, abbiamo scoperto questo forte miglioramento a una lunghezza d'onda diversa dal previsto. Quando siamo tornati indietro e abbiamo fatto ulteriori simulazioni e analisi, ci siamo resi conto di aver creato queste onde speciali."

La dimostrazione è il culmine di cinque anni di ricerca da parte del team. È stata una corsa contro il tempo, poiché anche altri gruppi stavano lavorando allo sviluppo di nanoantenne attive, note di Kuznetsov. "Fino ad ora, il laser non è stato realizzato nelle strutture di nanoantenna, " dice. "Quindi è un grande passo per la comunità delle nanoantenne dielettriche".

Il loro laser presenta anche vantaggi rispetto ad altri tipi di laser in miniatura. in primo luogo, la direzione del suo stretto, un raggio ben definito può essere facilmente controllato:questa manovrabilità è spesso necessaria nelle applicazioni dei dispositivi. Anche, perché i nanocilindri sono distribuiti in modo piuttosto sparso, il laser è altamente trasparente, il che è vantaggioso per i dispositivi multistrato che contengono altri componenti ottici.

Il team sta ora lavorando per sviluppare laser che possono essere eccitati elettricamente, piuttosto che dalla luce come nel presente studio, che sarebbe un importante passo avanti verso la realizzazione di nanolaser commerciali.