Nanolaser ni aina ya kifaa kidogo na kidogo ambacho kimetengenezwa kwa nyenzo za nanomaterials kama vile nanowaya kama resonator na kinaweza kutoa leza chini ya msisimko wa picha au msisimko wa umeme. Ukubwa wa leza hii mara nyingi ni mamia ya mikroni au hata makumi ya mikroni, na kipenyo chake ni hadi mpangilio wa nanomita, ambayo ni sehemu muhimu ya onyesho la filamu nyembamba la siku zijazo, optiki jumuishi na nyanja zingine.
Uainishaji wa nanolaser:
1. Leza ya waya wa nano
Mnamo 2001, watafiti katika Chuo Kikuu cha California, Berkeley, nchini Marekani, waliunda leza ndogo zaidi duniani - nanolaser - kwenye waya wa nanooptic tu elfu moja ya urefu wa nywele za binadamu. Leza hii haitoi tu leza za ultraviolet, lakini pia inaweza kurekebishwa ili kutoa leza kuanzia bluu hadi ultraviolet ya kina. Watafiti walitumia mbinu ya kawaida inayoitwa epiphytation iliyoelekezwa ili kuunda leza kutoka kwa fuwele safi za oksidi ya zinki. Kwanza "walikuza" nanowaya, yaani, zilizoundwa kwenye safu ya dhahabu yenye kipenyo cha 20nm hadi 150nm na urefu wa waya safi za oksidi ya zinki ya 10,000nm. Kisha, watafiti walipowasha fuwele safi za oksidi ya zinki kwenye nanowaya kwa kutumia leza nyingine chini ya chafu, fuwele safi za oksidi ya zinki zilitoa leza yenye urefu wa mawimbi ya 17nm pekee. Nanolaser kama hizo hatimaye zinaweza kutumika kutambua kemikali na kuboresha uwezo wa kuhifadhi taarifa wa diski za kompyuta na kompyuta za fotoniki.
2. Nanolaser ya Mionzi ya Mwanga
Kufuatia ujio wa leza ndogo, leza za diski ndogo, leza za pete ndogo, na leza za avalanches za quantum, mwanakemia Yang Peidong na wenzake katika Chuo Kikuu cha California, Berkeley, walitengeneza nanolaser za halijoto ya kawaida. Nanolaser hii ya oksidi ya zinki inaweza kutoa leza yenye upana wa mstari wa chini ya 0.3nm na urefu wa wimbi wa 385nm chini ya msisimko wa mwanga, ambayo inachukuliwa kuwa leza ndogo zaidi duniani na moja ya vifaa vya kwanza vya vitendo vilivyotengenezwa kwa kutumia nanoteknolojia. Katika hatua ya awali ya maendeleo, watafiti walitabiri kwamba nanolaser hii ya ZnO ni rahisi kutengeneza, mwangaza wa juu, ukubwa mdogo, na utendaji ni sawa au hata bora zaidi kuliko leza za bluu za GaN. Kwa sababu ya uwezo wa kutengeneza safu za nanowaya zenye msongamano mkubwa, nanolaser za ZnO zinaweza kuingia katika matumizi mengi ambayo hayawezekani na vifaa vya GaAs vya leo. Ili kukuza leza kama hizo, nanowaya ya ZnO imeundwa kwa njia ya usafirishaji wa gesi ambayo huchochea ukuaji wa fuwele za epitaxial. Kwanza, sehemu ya chini ya yakuti hufunikwa na safu ya filamu ya dhahabu yenye unene wa nanomita 1 ~ 3.5, na kisha kuiweka kwenye boti ya alumina, nyenzo na sehemu ya chini hupashwa joto hadi 880 ° C ~ 905 ° C katika mtiririko wa amonia ili kutoa mvuke wa Zn, na kisha mvuke wa Zn husafirishwa hadi sehemu ya chini. Waya ndogo za 2μm ~ 10μm zenye eneo la sehemu ya hexagonal zilizalishwa katika mchakato wa ukuaji wa dakika 2 ~ 10. Watafiti waligundua kuwa waya ndogo za ZnO huunda uwazi wa leza asilia wenye kipenyo cha nanomita 20 hadi 150, na kipenyo chake kikubwa (95%) ni nanomita 70 hadi 100. Ili kusoma utoaji uliochochewa wa waya ndogo, watafiti walisukuma sampuli kwa macho kwenye chafu yenye matokeo ya nne ya harmonic ya leza ya Nd:YAG (urefu wa mawimbi ya 266nm, upana wa mapigo ya 3ns). Wakati wa mageuko ya wigo wa utoaji, mwanga hupunguzwa na ongezeko la nguvu ya pampu. Wakati kiwango cha mwisho kinapozidi kizingiti cha waya wa ZnO (karibu 40kW/cm), sehemu ya juu zaidi itaonekana katika wigo wa utoaji chafu. Upana wa mstari wa sehemu hizi za juu zaidi ni chini ya 0.3nm, ambayo ni zaidi ya 1/50 chini ya upana wa mstari kutoka kwa kipeo cha utoaji chafu chini ya kizingiti. Upana huu mwembamba wa mstari na ongezeko la haraka la kiwango cha utoaji chafu viliwafanya watafiti kuhitimisha kwamba utoaji chafu unaochochewa hutokea katika waya hizi za nano. Kwa hivyo, safu hii ya waya za nano inaweza kutenda kama resonator ya asili na hivyo kuwa chanzo bora cha leza ndogo. Watafiti wanaamini kwamba nanolaser hii ya urefu mfupi inaweza kutumika katika nyanja za kompyuta ya macho, uhifadhi wa habari na nanoanalyzer.
3. Leza za kisima cha quantum
Kabla na baada ya 2010, upana wa mstari uliochongwa kwenye chipu ya semiconductor utafikia 100nm au chini ya hapo, na kutakuwa na elektroni chache tu zinazosogea kwenye saketi, na ongezeko na kupungua kwa elektroni kutakuwa na athari kubwa katika uendeshaji wa saketi. Ili kutatua tatizo hili, leza za kisima cha quantum zilizaliwa. Katika mechanics ya quantum, uwanja unaoweza kuzuia mwendo wa elektroni na kuzipima huitwa kisima cha quantum. Kizuizi hiki cha quantum hutumika kuunda viwango vya nishati ya quantum katika safu inayofanya kazi ya leza ya semiconductor, ili mpito wa kielektroniki kati ya viwango vya nishati uongoze mionzi ya msisimko ya leza, ambayo ni leza ya kisima cha quantum. Kuna aina mbili za leza za kisima cha quantum: leza za mstari wa quantum na leza za nukta za quantum.
① Leza ya mstari wa quantum
Wanasayansi wametengeneza leza za waya za kwantumu zenye nguvu mara 1,000 zaidi kuliko leza za kitamaduni, zikichukua hatua kubwa kuelekea kuunda kompyuta na vifaa vya mawasiliano vya kasi zaidi. Leza hiyo, ambayo inaweza kuongeza kasi ya sauti, video, Intaneti na aina nyingine za mawasiliano kupitia mitandao ya nyuzi-macho, ilitengenezwa na wanasayansi katika Chuo Kikuu cha Yale, Lucent Technologies Bell LABS huko New Jersey na Taasisi ya Max Planck ya Fizikia huko Dresden, Ujerumani. Leza hizi zenye nguvu kubwa zingepunguza hitaji la Repeaters ghali, ambazo huwekwa kila baada ya kilomita 80 (maili 50) kwenye mstari wa mawasiliano, tena zikitoa mapigo ya leza ambayo hayana nguvu nyingi yanaposafiri kupitia nyuzi (Repeaters).
Muda wa chapisho: Juni-15-2023