از کوچک‌ترین لیزر دنیا که از کره‌ای سیلیکونی به قطر تنها 44 نانومتر ساخته شده،پرده‌برداری شد. این لیزر با ابعاد حدود یک دهم طول‌موج نور مریی در واقع نه یک لیزر معمولی، که اولین اسپیسر (spaser) ساخته شده است.
به گزارش نیچر، در حالی‌که یک لیزر برای تقویت نور از حفره‌ای آینه‌ای استفاده می‌کند؛ اسپیسر با تقویت پلاسمون‌ها سطحی به‌وجود می‌آید. پلاسمون‌ها، نوسان‌های ریز در چگالی الکترون‌های آزاد سطح فلزات است که به نوبه خود، امواج نوری تولید می‌کنند.
می‌توان از اسپیسر به عنوان منبع نور در تصویربرداری با میکروسکوپ‌های نوری میدان نزدیک استفاده کرد تا جزییاتی فراتر از توان میکروسکوپ‌های نوری استاندارد را آشکار کرد، یا آن را در نانولیتوگرافی برای در آوردن الگوهایی بسیار ظریف‌تر از تار موی انسان به کار گرفت. همچنین این وسیله دری است به سوی مدارهایی در مقیاس نانو که می‌توانند هزاران بار سریع‌تر از تراشه‌های میکروالکترونی به کار رفته درون رایانه‌های امروزی، اطلاعات را پردازش کنند.
مارک استاکمن از دانشگاه ایالتی جورجیا که همراه دیوید برگمن از دانشگاه تل‌آویو، مفهوم اسپیسر را در سال 2003/ 1382 ارائه کرد، در این باره می‌گوید: «این کار اهمیت بسیار زیادی دارد. اسپیسر، کوچک‌ترین تقویت‌کننده کوانتومی ممکن و مولد میدان‌های نوری در مقیاس نانو است. دانش نانوپلاسمونیک بدون آن، شبیه میکروالکترونیک بدون ترانزیستور است!»
فراتر از محدودیت تفکیک
تاباندن نور روی نانو ذرات فلزی، سطحی پلاسمونی با همان فرکانس نور ایجاد می‌کند. اما برخلاف نور که نمی‌توان آن را روی نقطه‌ای با پهنای کم‌تر از نصف طول‌موج متمرکز کرد و جزئیات کوچک‌تر از نصف طول‌موج نور را آشکار کرد، پلاسمون‌ها در فواصل کوتاه‌تری منتشر می‌شوند و بدین ترتیب می‌توانند محدودیت توان تفکیک را پشت سر بگذارند.
مشکل اینجا بود که نوسان‌های سطح پلاسمون بسیار سریع‌تر از آن فروکش می‌کند که بتوان از آن استفاده کرد. اما حالا، میخاییل نوگینف، دانشمند مواد در دانشگاه ایالتی نورفولک و همکارانش توانسته‌اند انتشار سطح پلاسمون را روی نانو ذرات طلا شبیه‌سازی کنند و با تقویت آن، نوری مشابه لیزر تولید کنند.
این نانو ذرات طلا در پوششی از سیلیکون با رنگینه آلی اورگون‌گرین 488 قرار می‌گیرند. تابش نور به این نانوذرات، مولکول‌های رنگینه را برانگیخته می‌کند، این مولکول‌ها نیز انرژی خود را به الکترون‌های اطراف منتقل می‌کنند تا نوسان‌های پلاسمون سطحی را پدید آورند. امواج الکترومغناطیسی بدست‌آمده از این بارهای الکتریکی نوسان‌گر، پرتوهای لیزر سبز رنگی با طول‌موج 531 نانومتر تولید می‌کند.
اما برخلاف پرتوهای لیزر که همه پرتوهای نور در یک جهت و هماهنگ با یکدیگر منتشر می‌شوند؛ این نانوذرات، پرتوهای نور را در همه جهت‌ها منتشر می‌کنند. از سوی دیگر، هرچند به‌نظر می‌رسد قله‌ها و دره‌های این امواج با یکدیگر هماهنگ است و به اصطلاح، پرتوهای منتشرشده از نانوذرات هم‌فازند، اما این مساله هنوز اثبات نشده است. این هماهنگی پرتوها، یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های پرتوهای لیزر است.
گام آلی
نیکلای ژلودف، فیزیک‌دان در مرکز تحقیقاتی اپتوالکترونیک دانشگاه ساوتهمپتون انگلستان که به تازگی موفق شده است با استفاده از پمپ کردن الکترون‌های آزاد، یک منبع نوری تونلی در مقیاس نانو تولید کند، به نیچر گفت: «این کار واقعا هیجان‌انگیز است و با استفاده از آن می‌توان کارهای فراوانی انجام داد. مثلا برای نشانه‌گذاری آزمایش‌های بزرگ زیست‌فناوری یا نشانه‌گذاری‌های امنیتی، محدوده بسیار باریک طیف این اسپیسرها از قابلیت بهتری در مقایسه با نقاط نورانی کوانتومی نیمه‌رسانای رایج برخوردار است».
اما نوگینف فکر می‌کند که ارزش این کشف به مراتب بیشتر از کاربری نانولیزری است و حتی می‌تواند نسل جدیدی از نانوالکترونیک پرسرعت را رقم بزند. پژوهشگران موفق شده‌اند تاکنون، بخش‌هایی از مدارهای پلاسمونیک را مانند سیم، مقاومت و خازن تولید کنند؛ اما اسپیسر می‌تواند به تولید تقویت‌کننده و مولد انرژی منجر شود.
البته هنوز برای استفاده از اسپیسرها در کارهای عملی مانند مدارهای کامپیوتری زود است. پژوهشگران باید راهی بیابند تا این ابزار با کمک نیمه‌رساناها و نیروی الکتریکی کار کند، تا این‌که از پرتوهای نور برای برانگیخته کردن رنگینه آلی استفاده شود. اگر این اتفاق بیفتد، می‌توان اسپیسرها را در نانومدارهای فتونیک به‌کار برد.
استاکمن حدس می‌زند که این اتفاق یک سال دیگر روی می‌دهد: «ما همین الان هم توانسته‌ایم به نانولیزری با برانگیختگی الکتریکی دست پیدا کنیم. تعمیم آن به اسپیسر بسیار واقعی است و خیلی طول نخواهد کشید».
نظر شما