Физики из Университета Колорадо в Боулдере представили уникальный вакуумный ультрафиолетовый лазер, эффективность которого превышает существующие технологии в 100–1000 раз. Устройство способно генерировать яркий свет в диапазоне от 100 до 200 нанометров — длины волн, к которым обычные лазеры получить не могут, и которые позволяют наблюдать структуры на атомном уровне.
«Десятилетиями ученые пытались создать мощные УФ-лазеры. Нам наконец удалось сочетать высокую мощность с компактными размерами», — говорит Генри Каптейн
В отличие от традиционных установок размером с комнату, этот лазер помещается на столе. Его возможности открывают новые горизонты для микроскопии, позволяя видеть процессы, недоступные прежним приборам. Это касается как химических реакций в реальном времени, так и выявления мельчайших дефектов в полупроводниках.
Как работает лазер
Для создания ультрафиолетового света исследователи объединили красный и синий лазеры и пропустили лучи через особое полое волокно с антирезонансной структурой. Внутри волокна атомы ксенона поглощают свет и переизлучают его на значительно более коротких длинах волн.
«Ни одна существующая система, ни большая, ни маленькая, не демонстрирует такую мощность, настройку и когерентность», — отмечает Маргарет Мурнан.
Благодаря короткой длине волны лазер открывает возможности для микроскопов с непревзойденным разрешением. Это важно для изучения материалов, наблюдения за атомными и молекулярными процессами, а также для технологий наноэлектроники.
Прорыв для ядерных часов
Лазер может стать ключом к созданию ядерных часов — устройств, измеряющих время по переходам внутри атомных ядер, а не электронов. Для работы таких часов используют атомы тория, которые реагируют только на свет с длиной волны 148,3821 нанометра, входящей в ультрафиолетовый вакуумный диапазон.
«Ранее для получения этого света требовались системы размером с целую лабораторию, — говорит Мурнан. — Наш настольный лазер делает ядерные часы компактными и потенциально портативными».
Такие часы могли бы дать навигацию без GPS, улучшить точность космических миссий и помочь в поисках планет за пределами Солнечной системы.
Применение в науке и промышленности
Помимо фундаментальных исследований, лазер полезен для полупроводниковой отрасли: он позволяет обнаруживать микроскопические дефекты в чипах, что важно для современных микросхем. Команда планирует продолжить оптимизацию устройства, сделав его еще меньше и эффективнее.
Результаты будут представлены на Всемирном физическом саммите Американского физического общества.
«Мы видим огромный потенциал. Это не просто экспериментальный прибор, а инструмент, который может изменить подход к наблюдению за материалами и времени на атомном уровне», — говорит Каптейн
Создан компьютер на световых импульсах для решения невыполнимых задач
Физики приблизились к созданию молекулярных квантовых устройств
Подписывайтесь и читайте «Науку» в Telegram