Un minuscule laser comprenant un réseau de cylindres semi-conducteurs à l'échelle nanométrique (voir image) a été fabriqué par une équipe entièrement A*STAR. C'est la première fois que le laser est réalisé dans des nanostructures non métalliques, et il promet de conduire à des lasers miniatures utilisables dans une large gamme de dispositifs optoélectroniques.

Les lasers microscopiques sont largement utilisés dans des appareils tels que les lecteurs de CD et de DVD. Maintenant, les ingénieurs optiques développent des lasers à l'échelle nanométrique, si petits qu'ils ne peuvent pas être vus par l'œil humain.

Une méthode prometteuse consiste à utiliser des matrices de structures minuscules constituées de semi-conducteurs à indice de réfraction élevé. De telles structures agissent comme de minuscules antennes, résonnant à des longueurs d'onde spécifiques. Cependant, il a été difficile de les utiliser pour construire une cavité - le cœur d'un laser, où la lumière rebondit tout en étant amplifiée.

Maintenant, Arseniy Kouznetsov, Fils Tung Ha, Ramón Paniagua-Domínguez, et leurs collègues de l'Institut de recherche et d'ingénierie des matériaux A*STAR ont surmonté ce problème en exploitant un type d'onde stationnaire très inhabituel qui reste au même endroit malgré la coexistence avec un spectre continu d'ondes rayonnantes pouvant transporter l'énergie. D'abord prédit par la mécanique quantique, cette onde a été démontrée expérimentalement en optique il y a une dizaine d'années.

Il y avait un élément de sérendipité dans l'invention. "Nous avions initialement prévu de créer un laser basé uniquement sur les résonances diffractives dans le réseau, " se souvient Kuznetsov. " Mais après avoir fabriqué des échantillons et les avoir testés, nous avons découvert cette forte amélioration à une longueur d'onde différente de celle attendue. Lorsque nous sommes revenus et avons effectué d'autres simulations et analyses, nous avons réalisé que nous avions créé ces vagues spéciales."

La démonstration est l'aboutissement de cinq années de recherche de l'équipe. C'était une course contre la montre, puisque d'autres groupes travaillaient également au développement de nanoantennes actives, note Kouznetsov. "Jusqu'à maintenant, le laser n'a pas été réalisé dans les structures de nanoantennes, " dit-il. " C'est donc un grand pas pour la communauté des nanoantennes diélectriques. "

Leur laser présente également des avantages par rapport aux autres types de lasers miniatures. Premièrement, la direction de son étroit, un faisceau bien défini peut être facilement contrôlé - cette maniabilité est souvent nécessaire dans les applications de dispositifs. Aussi, car les nanocylindres sont assez peu répartis, le laser est hautement transparent, ce qui est avantageux pour les dispositifs multicouches qui contiennent d'autres composants optiques.

L'équipe travaille maintenant au développement de lasers pouvant être excités électriquement, plutôt que par la lumière comme dans la présente étude, ce qui constituerait une avancée majeure vers la réalisation de nanolasers commerciaux.