Spaser - Spaser

En spaser eller plasmonisk laser är en typ av laser som syftar till att begränsa ljus i en subvåglängdsskala långt under Rayleighs diffraktionsgräns för ljus , genom att lagra en del av ljusenergin i elektronoscillationer som kallas ytplasmonpolaritoner . Fenomenet beskrevs först av David J. Bergman och Mark Stockman 2003. Ordet spaser är en akronym för " ytplasmonförstärkning genom stimulerad strålning". De första enheterna tillkännagavs 2009 av tre grupper: en 44- nanometer -diameter nanopartiklar med en guldkärna omgiven av ett färgat kiseldioxid förstärkningsmedium som skapats av forskare från Purdue, Norfolk staten och Cornell universitet, en nanotråd på en vita duken genom en Berkeley -gruppen och ett halvledarskikt på 90 nm omgivet av silver pumpat elektriskt av grupper vid Eindhoven University of Technology och vid Arizona State University. Medan Purdue-Norfolk State-Cornell-teamet demonstrerade det begränsade plasmoniska läget, demonstrerade Berkeley-teamet och Eindhoven-Arizona State-teamet lasning i det så kallade plasmoniska gapläget. År 2018 demonstrerade ett team från Northwestern University en avstämbar nanolaser som kan bevara dess högkvalitativa kvalitet genom att utnyttja hybrid quadrupole plasmoner som en optisk återkopplingsmekanism.

Spasern är en föreslagen nanoskala för optiska fält som undersöks i ett antal ledande laboratorier runt om i världen. Spasers kan hitta ett brett spektrum av applikationer, inklusive nanoskalitografi , tillverkning av ultrasnabba fotoniska nanokretsar, biokemisk avkänning med en molekyl och mikroskopi.

Från Nature Photonics :

En spaser är en nanoplasmonisk motsvarighet till en laser , men den avger (helst) inte fotoner . Det är analogt med den konventionella lasern, men i en spaser ersätts fotoner med ytplasmoner och resonanskaviteten ersätts av en nanopartikel som stöder plasmoniska lägen. På samma sätt som en laser är energikällan för spasmekanismen ett aktivt (förstärknings) medium som exciteras externt. Detta excitationsfält kan vara optiskt och inte relaterat till spaserns driftsfrekvens; till exempel kan en spaser arbeta i det nära infraröda, men exciteringen av förstärkningsmediet kan uppnås med hjälp av en ultraviolett puls. Anledningen till att ytplasmoner i en spaser kan fungera analogt med fotoner i en laser är att deras relevanta fysiska egenskaper är desamma. För det första är ytplasmoner bosoner : de är vektor excitationer och har snurr 1, precis som fotoner gör. För det andra är ytplasmoner elektriskt neutrala excitationer. Och för det tredje är ytplasmoner de mest kollektiva materialoscillationerna som är kända i naturen, vilket innebär att de är de mest harmoniska (det vill säga att de interagerar mycket svagt med varandra). Som sådan kan ytplasmoner genomgå stimulerad emission, som ackumuleras i ett enda läge i stort antal, vilket är den fysiska grunden för både lasern och spasern.

Studie av den kvantmekaniska modellen för spasern tyder på att det ska vara möjligt att tillverka en spasningsanordning som är analog i funktion till MOSFET -transistorn, men detta har ännu inte testats experimentellt.

Se även

Referenser

Vidare läsning