蝴蝶領結狀金粒讓室溫奈米雷射成真

美國研究人員採用有機增益材料及三維「蝴蝶領結」（bowtie）形狀的奈米金粒，設計出一種室溫下可用的新型奈米雷射（nanolaser）。這種電漿子奈米雷射能輕易整合至現存的矽基光電元件、全光學電路以及奈米級生物感測器中。

對許多科技應用而言，縮小光電與電子元件的尺寸是件相當重要的事，從超快資料處理到超高密度儲存皆然，而雷射的微型化也不例外。奈米級同調光源不僅對於探索微觀物理現象相當關鍵，對於打造可克服繞射極限（diffraction limit）的光學元件亦頗為重要。

最近由西北（Northwestern）大學的Teri Odom等人製造的單一雷射元件僅有病毒般大小，而且是第一個能在室溫環境下操作的此類裝置。研究人員利用兩顆耦合的金屬奈米微粒作為共振腔，成功打造他們的奈米雷射。這些金屬奈米結構（此實驗採用金）外觀呈三維蝴領蝶結狀，並可提供表面電漿子（電子的集合振盪行為）。就光的侷限而論，表面電漿子並無大小限制。整個奈米雷射裝置包含一層增益介質，由塗有染料的聚氨酯所構成，用來支撐蝴蝶結狀奈米金粒陣列，並有電介質層包覆其上。

Odom解釋，相較於先前的研究，此蝴蝶結構對稱性在製作電漿子雷射上有兩個重大優勢。第一，由於奈米天線（nanoantenna）效應，該結構在奈米空間中提供了定義良好的電磁熱點（hot spot）。第二，因為光會侷限在寬僅數十奈米的蝴蝶結缺口中，所以只有少量光線損失。令人驚訝的是，研究人員發現此三維蝴蝶結共振器陣列所發出的光線會朝向特定角度。光束指向性是雷射的重要特徵，然而目前大多數的電漿子雷射在這方面的表現仍有待加強。更棒的是，調整陣列的週期性可改變雷射光束的角度。

奈米天線類似大家所熟悉的無線電天線，前者將電磁波頻譜中的可見光部分耦合至數十奈米寬的共振腔中，而後者則針對無線電波。Odom表示，他們的研究可望引起奈米科技社群的興趣，尤其是領域在奈米天線、電漿子學以及量子資訊處理的科學家，對光電和雷射產業應同樣具有吸引力。詳見Nano Lett.|DOI: 10.1021/nl303086r。

資料來源：Nanolasers go bowtie-shaped. NanoTechWeb [Oct 11, 2012]

譯者:莫偉呈（茂迪太陽能）
責任編輯:劉家銘

轉載自 奈米科學網