ננו-פלסמוניקה: הלייזר הננו-פלסמוני

 

 

 

הפלסמונים נוטים להתפזר לאחר מילימטרים בודדים בלבד. לכן הם קצרי חיים.

בתחילת אוגוסט חוקרים להנדסת חשמל ומחשוב מאוניברסיטת פורדיו (מיקאיל נוגינוב וקבוצתו), בשיתוף עם אוניברסיטת המדינה של נורפולק ואוניברסיטת קורניל בארה”ב יצרו את הלייזר הזעיר ביותר – ננו-לייזר – מאז המצאתו כמעט לפני 50 שנה. הלייזר העובד הראשון הודגם ב-1960.

הנו-לייזר הוא כדור בקוטר של 44 ננו-מטרים, או מיליארדי המטרים. יותר ממיליון כאלה יכלו להיכנס אל תוך תא דם אדום. את הכדורים יצרו אוניברסיטת קורל, כאשר בנורפולק ובפורדיו סיפקו את האפיון האופטי שהיה דרוש כדי לקבוע כיצד הרכיב יתנהג כמו לייזר.

הננו-לייזר מכיל ליבת זהב מוקפת בקליפה דמוית זכוכית מלאה בצבע ירוק. כאשר הכדור מואר באור, פלסמונים שמיוצרים על ידי ליבת הזהב מוגברים על ידי הצבע. הפלסמונים אז מומרים לפוטונים של האור הנראה. הרזונטור האופטי בקוטר של 44 ננומטרים גורם לפלסמונים המשטחיים לרטוט הלוך ושוב כך שהם ירכשו אנרגיה והם נפלטים כאור לייזר.

 

(a) התכנון של הננו-לייזר: ליבת זהב שמוקפת בקליפה דמוית זכוכית מלאה בצבע ירוק. (b, c) תמונות ממיקרוסקופ אלקטרוני סורק שמראות את עובי ליבת הזהב (14 ננו-מטר) ואת עובי קליפת דו-תחמוצת הצורן (15 ננו-מטר).

(d) סימולציה של הרכיב שמראה את הרכיב פולט אור נראה באורך גל של 525 ננומטרים.   

Birck Nanotechnology Center, Purdue University

הממצאים אמתו את עבודתם של הפיזיקאים מאוניברסיטת תל אביב דויד ברגמן ומרק שטוקמן מאוניברסיטת המדינה של ג’ורג’יה – שהיו הראשונים להציע את רעיון הספאסר בשנת 2003.

הננו-לייזר עומד להתחיל מהפכה בננו-פוטוניקה, שלה יישום לדימות ולחישה ברמות גודל זעירות יותר מאורך הגל הנראה. הוא סולל את הדרך למגוון חידושים, כולל למחשבים סופר-מהירים – העושים שימוש באור במקום באלקטרונים כדי לעבד מידע. כמוכן לננו-לייזר יישום לחיישנים מתקדמים ולחידושים בדימות. ננו-פוטוניקה יכולה להוביל להתקדמות רבה במיקרוסקופים שהם פי 10 חזקים יותר מאלה שבהם משתמשים היום והם מסוגלים לראות עצמים זעירים כולל את ה-דנ”א. הרכיב מייצג התקדמות טכנולוגית שמבוססת על מעגלים ננו-פוטוניים. מעגלים כאלה יזדקקו למקור אור של לייזר, אולם לייזרים עכשוויים הם לא מספיק זעירים כדי שניתן יהיה לשלבם אל תוך צ’יפים אלקטרונים. עתה החוקרים התגברו על מכשלה זו, כאשר הם רותמים את הפלסמונים במקום הפוטונים כדי ליצור את הספאסרים. הם פרסמו את ממצאיהם בכתב העת נייצ’ר.

 

כזכור הפלסמונים נוטים להתפזר לאחר מילימטרים בודדים בלבד ולכן הם קצרי חיים.

schematic and electron microscope image of Plasmon Laser Setup

 (Courtesy of Xiang Zhang Lab/UC Berkeley)

 

optical setup for single plasmon laser

 (Courtesy of Xiang Zhang Lab/UC Berkeley)

 

 

Advertisements