Chercheurs de l'Université Aalto, Finlande, sont les premiers à développer un nanolaser plasmonique fonctionnant à des fréquences de lumière visible et utilisant des modes dits de réseau sombre.

Le laser fonctionne à des échelles de longueur 1000 fois plus petites que l'épaisseur d'un cheveu humain. Les durées de vie de la lumière capturée dans de si petites dimensions sont si courtes que l'onde lumineuse n'a le temps de se déplacer de haut en bas que quelques dizaines ou centaines de fois. Les résultats ouvrent de nouvelles perspectives pour les sources lumineuses cohérentes sur puce, tels que les lasers, qui sont extrêmement petits et ultrarapides.

Le fonctionnement du laser dans ce travail est basé sur des nanoparticules d'argent disposées en un réseau périodique. Contrairement aux lasers conventionnels, dans lequel la rétroaction du signal laser est fournie par des miroirs ordinaires, ce nanolaser utilise un couplage radiatif entre des nanoparticules d'argent. Ces particules de 100 nanomètres agissent comme de minuscules antennes. Pour produire une lumière laser à haute intensité, la distance interparticulaire a été adaptée à la longueur d'onde de l'effet laser afin que toutes les particules du réseau rayonnent à l'unisson. Des molécules fluorescentes organiques ont été utilisées pour fournir l'énergie d'entrée (le gain) nécessaire au laser.

Lumière de l'obscurité

Un défi majeur dans la réalisation de cette technique laser était que la lumière peut ne pas exister assez longtemps dans de si petites dimensions pour être utile. Les chercheurs ont trouvé un moyen intelligent de contourner ce problème potentiel :ils ont produit des rayons laser dans des modes sombres.

"Un mode sombre peut être compris intuitivement en considérant des antennes régulières :Une seule antenne, lorsqu'il est entraîné par un courant, rayonne fortement, alors que deux antennes - si entraînées par des courants opposés et placées très près l'une de l'autre - rayonnent très peu, " explique le professeur de l'Académie Päivi Törmä. " Un mode sombre dans un réseau de nanoparticules induit des courants de phase opposée similaires dans chaque nanoparticule, mais maintenant avec des fréquences de lumière visible."

"Les modes sombres sont attrayants pour les applications nécessitant une faible consommation d'énergie. Mais sans aucune astuce, le laser en mode sombre serait tout à fait inutile, parce que la lumière est essentiellement piégée dans le réseau de nanoparticules et ne peut pas partir, ", explique le scientifique Tommi Hakala.

doctorat l'étudiant Heikki Rekola dit, "En utilisant la petite taille du tableau, nous avons trouvé une échappatoire à la lumière. Vers les bords du tableau, les nanoparticules commencent à se comporter de plus en plus comme des antennes ordinaires qui rayonnent vers le monde extérieur."

L'équipe de recherche a utilisé les installations de nanofabrication et les salles blanches de l'infrastructure de recherche nationale OtaNano.

Les résultats ont été publiés dans la revue Communication Nature .