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近日，立陶宛考納斯理工大學(xué)(KTU)與日本茨城市筑波國(guó)家材料科學(xué)研究所的研究人員攜手，成功開(kāi)發(fā)出一種基于銀納米立方體的新型納米激光器。
盡管其結(jié)構(gòu)微小，只能通過(guò)高倍顯微鏡觀測(cè)，但其潛在應(yīng)用前景廣闊，研究團(tuán)隊(duì)對(duì)此充滿信心。
該納米激光器在醫(yī)療早期診斷、數(shù)據(jù)通信及安全技術(shù)等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用潛力，同時(shí)，它也有望成為研究光與物質(zhì)相互作用的重要工具。激光的光放大與產(chǎn)生方式因應(yīng)用而異，決定了輻射的顏色與激光束的質(zhì)量。
據(jù)該發(fā)明的共同作者、KTU的明道加斯博士Juod?nas介紹：“納米激光器利用比毫米小一百萬(wàn)倍的結(jié)構(gòu)來(lái)產(chǎn)生和放大光，其激光輻射在極小體積的材料中生成。”
盡管納米激光器的研究與開(kāi)發(fā)已持續(xù)一段時(shí)間，但KTU及日本合作伙伴的版本在制造工藝上獨(dú)具特色。他們采用銀納米立方體，這些立方體整齊排列在表面上，并填充光學(xué)活性材料，從而創(chuàng)建了放大光和產(chǎn)生激光效應(yīng)所需的機(jī)制。
“銀納米立方體作為極小的單晶銀顆粒，具備卓越的光學(xué)性能，是我們納米激光器的核心組件。”KTU材料科學(xué)研究所的Juod?nas研究員表示。
這些納米立方體通過(guò)日本KTU合作伙伴發(fā)明的獨(dú)特工藝合成，確保了其精確的形狀與質(zhì)量。隨后，利用納米粒子自組裝工藝，將這些立方體排列成二維結(jié)構(gòu)。在此過(guò)程中，顆粒自然地從液體介質(zhì)中排列到預(yù)先設(shè)計(jì)的模板上。
當(dāng)模板參數(shù)與納米立方體的光學(xué)特性相匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種稱為表面晶格共振的獨(dú)特現(xiàn)象，從而在光學(xué)活性介質(zhì)中有效地產(chǎn)生光。
與傳統(tǒng)的使用反射鏡產(chǎn)生此現(xiàn)象的激光器不同，KTU團(tuán)隊(duì)發(fā)明的納米激光器利用帶有納米顆粒的表面。“當(dāng)銀納米立方體以周期性模式排列時(shí)，光會(huì)被它們捕獲。這一過(guò)程類似于游樂(lè)園的鏡子大廳，但在這里，鏡子是納米立方體，而‘游客’則是光。”Juod?nas形象地比喻道。
這些被捕獲的光不斷積累，直至最終越過(guò)受激輻射的能量閾值，從而產(chǎn)生具有特定顏色和方向的強(qiáng)光束。激光一詞即為受激輻射放大光的縮寫(xiě)，正是描述了這一過(guò)程。
通過(guò)使用高質(zhì)量且易于生產(chǎn)的銀納米立方體，該激光器能夠以創(chuàng)紀(jì)錄的低能量運(yùn)行，為大規(guī)模生產(chǎn)提供了可能。Juod?nas指出：“化學(xué)合成的銀納米立方可以大量生產(chǎn)，且其高質(zhì)量使得我們能夠采用納米粒子自組裝技術(shù)。即使排列不完美，其屬性也能彌補(bǔ)這一不足。”
然而，在項(xiàng)目的早期階段，盡管該方法的簡(jiǎn)單性本應(yīng)引起關(guān)注，但立陶宛的研究資助機(jī)構(gòu)卻持懷疑態(tài)度。“一些懷疑者質(zhì)疑我們采用的簡(jiǎn)單方法是否能創(chuàng)造出足夠高質(zhì)量的納米激光器結(jié)構(gòu)。”KTU材料科學(xué)研究所的Sigitas Tamulevicius教授說(shuō)道。
盡管如此，KTU團(tuán)隊(duì)堅(jiān)信其納米激光器的質(zhì)量，并成功獲得了一個(gè)國(guó)際組織的資助。Juod?nas解釋道：“經(jīng)過(guò)大量的工作和實(shí)驗(yàn)，我們已經(jīng)證明，如果使用高質(zhì)量的納米粒子，即使陣列不完美，也能實(shí)現(xiàn)有效效果。”
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