Нанолазер для сверхкомпактных чипов. Ученые ИТМО побили свой рекорд

Исследователи ИТМО побили собственный рекорд, создав самый маленький в мире нанолазер. Наночастица была уменьшена до 200 нанометров, что в 5000 раз меньше миллиметра. Этот лазер работает при комнатной температуре, а его зеленый свет можно увидеть в обычном оптическом микроскопе. Эта инновация поможет создавать очень маленькие детали для цифровых устройств и медицинских приборов, а также улучшит цветопередачу в очках виртуальной реальности.

Нанолазеры, имеющие размеры меньше длины волны излучаемого ими света, измеряются в сотнях нанометров. Эти устройства используются для создания мельчайших компонентов микроэлектронных приборов, включая медицинское оборудование и игровые приставки. С развитием микроэлектроники возрастает потребность в компактных компонентах, но лишь немногие установки могут их производить из-за ограничений по размерам.

ИТМО разработал технологии для создания нанолазеров, соответствующих этим требованиям. Разработка основана на наночастице перовскита с химическим составом CsPbBr3 в форме кубоида. Этот материал, исследуемый с 2017 года, доказал свою стабильность и высокий коэффициент оптического усиления, особенно в зеленом спектре.

Зеленый диапазон долгое время был проблемным для создания компактных лазеров, что привело к термину green gap. Однако использование перовскита позволило преодолеть этот барьер, открывая путь к дальнейшему уменьшению размеров нанолазеров. Зеленые фотоны имеют длину волны в три раза меньше инфракрасных, что делает их более подходящими для компактных лазеров.

Большую часть экспериментов выполнили аспиранты Михаил Машарин и Дарья Хмелевская под руководством Сергея Макарова, доктора физико-математических наук и руководителя лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники ИТМО.

«Ключевая идея предложенного дизайна нанолазера — использование нового механизма его работы за счет выстраивания сильной связи «свет-вещество». Это помогает значительно снизить порог его «включения»».

• Сергей Макаров, руководитель лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники ИТМО

На данном этапе исследований ученые смогли разместить наночастицу перовскита на металле, что открывает возможности для создания нанолазера с электрической активацией вместо световой. Такие компактные лазерные диоды с электрической «накачкой» можно будет использовать для создания микропикселей в очках дополненной реальности, медицинских приборах и многофункциональных оптических чипах.

Работа проводилась в рамках программы «Приоритет 2030».