Створені поляритонные лазери нового типу, що демонструють найвищу ефективність
Новий тип твердотільного напівпровідникового лазера, який був розроблений вченими, зможе в майбутньому замінити звичайні напівпровідникові лазери, які використовуються в телекомунікаційному обладнанні та в побутовій електроніці, дозволяючи істотно знизити кількість споживаної пристроями електричної енергії. Звичайні лазери працюють, накачуючи енергією атоми свого матеріалу до того стану, поки вони не випускають фотони світла. Але нові лазери працюють за рахунок екзотичних частинок, які складаються з частинок матерії і світла, що володіють набором вельми екзотичних властивостей.
Світло променя лазера має строго певну довжину хвилі, колір. На відміну від світла, що виробляється іншими джерелами, всі фотони лазерного світла коливаються в одній фазі, роблячи цей світ когерентним. Такі властивості лазерного світла дозволяють зконцентрувати в межах одного променя досить велика кількість енергії, достатньої для того, щоб різати метал та інші тверді матеріали.
Для того, щоб зрозуміти принцип роботи нового лазера уявіть собі атом кристалічної решітки напівпровідникового матеріалу. При деяких умовах електрони, що обертаються навколо ядра атома, можуть відокремитися від атома і відправитися в самостійний шлях по кристалу напівпровідника. Пусте місце, залишене відсутнім електроном, називається електронною діркою, яка володіє властивостями частинки, що несе позитивний електричний заряд. У деяких випадках вільні електрони і дірки можуть сформувати квазичастицу, звану экситоном (exciton).
Екситони, що існують усередині напівпровідникового кристала, можуть злитися з фотонами світла, утворюючи ще одну квазичастицу, відому як поляритон (polariton). Коли поляритон накачується енергією вище певного рівня він починає випускати фотони когерентного світла. А пристрій, який використовує поляритоны для випромінювання когерентного світла, називається поляритонным лазером.
Раніше вчені вже створювали поляритонные лазери, але для роботи такого лазера був потрібен ще один звичайний лазер, світло від якого використовувався для формування нових поляритонів. Новий же поляритонный лазер, розроблений командою фізиків з університету Вюрцбурга (University of Wurzburg) в Німеччині, очолюваної Свеном Хефлингом (Sven Hofling), виробляє поляритроны електричним шляхом, споживаючи при своїй роботі в 100 разів менше енергії, ніж потрібно звичайним напівпровідникових лазерів.
"Ми створили джерело когерентного світла абсолютно нового типу, якому для роботи потрібно тільки звичайна батарейка" - розповідає Хефлінг, - "Розроблений нами вид електричної накачування поляритронного лазера робить можливим його практичне застосування в недалекому майбутньому".
Проте, досвідчені зразки поляритронных лазерів, створені в даний час Хефлингом і його колегами, що працюють тільки при температурі -263 градуси за шкалою Цельсія, одержуваної за рахунок охолодження рідким гелієм. "Нашою наступною метою є створення такого лазера, який буде здатний працювати при кімнатній температурі" - повідомляють дослідники.
Опис проведених досліджень, структури нового поляритонного лазера і його характеристики були опубліковані у випуску від 16 травня 2013 року журналу Nature.