Les chercheurs lituaniens et japonais développent des nanolaser en argent

Récemment, des chercheurs de l'Université de technologie de Kaunas (KTU) en Lituanie et du National Institute for Materials Science à Tsukuba, dans la ville d'Ibaraki, au Japon, se sont associés pour développer avec succès un nouveau type de nanolaser basé sur des nanocubes d'argent.
Bien que sa structure soit si minuscule qu'elle ne peut être observée que par un microscope à haute puissance, l'équipe de recherche est confiante quant à ses applications potentielles.
Le nanolaser a le potentiel d'un large éventail d'applications dans des domaines tels que les diagnostics médicaux précoces, les communications de données et les technologies de sécurité, et il devrait également être un outil important pour l'étude des interactions de la lumière. La façon dont la lumière est amplifiée et générée par le laser varie d'une application à l'autre, déterminant la couleur du rayonnement et la qualité du faisceau laser.
Selon le co-auteur de l'invention, le Dr Juod? Nas de KTU's Mindaugas, "les nano-lasers utilisent des structures un million de fois plus petites qu'un millimètre pour générer et amplifier la lumière, et leur rayonnement laser est généré dans un très petit volume de matériel."
Bien que la recherche et le développement de nanolasers se poursuivent depuis un certain temps, la version de KTU et de ses partenaires japonais est unique dans son processus de fabrication. Ils ont utilisé des nanocubes d'argent, qui sont soigneusement disposés sur une surface et remplis de matériau optiquement actif, pour créer le mécanisme nécessaire pour amplifier la lumière et produire l'effet laser.
"Les nanocubes d'argent, en tant que particules d'argent monocristallines extrêmement petites avec d'excellentes propriétés optiques, sont le composant central de notre nanolaser." dit le chercheur Juod? Nas de l'Institut des sciences des matériaux de KTU.
Les nanocubes ont été synthétisés par un processus unique inventé par les partenaires de KTU au Japon pour assurer leur forme et leur qualité précises. Les cubes ont ensuite été disposés en une structure bidimensionnelle en utilisant un processus d'auto-assemblage de nanoparticules. Dans ce processus, les particules sont naturellement alignées à partir d'un milieu liquide sur un modèle pré-conçu.
Lorsque les paramètres de modèle sont appariés aux propriétés optiques des nanocubes, un phénomène unique appelé résonance de réseau de surface se produit, qui génère efficacement la lumière dans un milieu optiquement actif.
Contrairement aux lasers conventionnels qui utilisent des miroirs pour générer ce phénomène, le nanolaser inventé par l'équipe KTU utilise une surface avec des nanoparticules. "Lorsque des nanocubes d'argent sont disposés selon un motif périodique, la lumière est piégée par eux. Le processus est similaire à la salle des miroirs dans un parc d'attractions, mais ici les miroirs sont les nanocubes et les` `visiteurs '' sont la lumière." Juod? Nas visualise l'analogie.
La lumière capturée s'accumule jusqu'à ce qu'elle traverse finalement le seuil d'énergie du rayonnement excité, créant un faisceau de lumière intense avec une couleur et une direction spécifiques. Le terme laser, qui signifie Light amplifié par un rayonnement excité, décrit ce processus.
En utilisant des nanocubes d'argent de haute qualité et faciles à produire, le laser est capable de fonctionner à des énergies basse record, ce qui rend la production à grande échelle possible ", note Juod? Nas." Les nanocubes d'argent synthétisés chimiquement peuvent être produits en grande quantité. Même si l'arrangement n'est pas parfait, ses propriétés compensent cela. "
Cependant, dans les premiers stades du projet, les agences de financement de la recherche lituanienne étaient sceptiques, malgré le fait que la simplicité de la méthode aurait dû attirer l'attention. "Certains sceptiques se sont demandé si la méthode simple que nous avons utilisée pouvait créer des structures nanolaser de qualité suffisamment élevée." Le professeur Sigitas Tamulevicius de l'Institut de science des matériaux de KTU a déclaré.
Néanmoins, l'équipe KTU est convaincue de la qualité de ses nanolasers et a réussi à obtenir un financement d'une organisation internationale, Juod? Nas explique: "Après beaucoup de travail et d'expériences, nous avons démontré que si les nanoparticules de haute qualité sont utilisées, un effet efficace peut être réalisé, même si les arrayons ne sont pas parfaits."