Российские физики представили разработку, которая может стать важным шагом в развитии нанофотоники — синий нанолазер с рекордно узкой полосой излучения. Устройство сочетает сразу несколько прорывных характеристик: крайне малые размеры, высокую спектральную точность и нестандартный механизм генерации света.
Создание миниатюрных лазеров долгое время оставалось сложной задачей из-за фундаментального ограничения — дифракционного предела. Этот физический закон не позволяет локализовать свет в объёмах меньше длины волны. Особенно остро проблема проявляется в синем диапазоне (400–500 нм), где при уменьшении размеров резко снижается эффективность излучения.
В новой работе учёным удалось обойти это ограничение. Лазер создан на основе нанокристаллов перовскита (CsPbCl₃), имеющих форму куба размером всего около 150–190 нанометров — это сопоставимо с размерами вирусных частиц. Наноструктура размещена на металлической подложке (серебре) с дополнительным диэлектрическим слоем, который усиливает и удерживает свет внутри системы. Объём активной области составляет примерно 0,005 мкм³, что значительно меньше классического дифракционного ограничения.
Ключевую роль в работе устройства играет механизм поляритонного лазирования. Внутри нанокристалла происходит сильное взаимодействие фотонов и экситонов (связанных состояний электронов и дырок), в результате чего формируются поляритоны — гибридные квазичастицы. Именно они обеспечивают генерацию когерентного излучения. Такой подход позволяет снизить порог запуска лазера и добиться высокой стабильности излучения.
Особенность данной разработки связана с использованием более сложной физической конфигурации, о чём говорит один из участников исследования:
«В нашей конфигурации плазмон-поляритоны формируются в системе одиночных нитевидных нанокристаллов, расположенных на металл-диэлектрической подложке. Мы объединили преимущества молекулярно-пучковой эпитаксии, нитевидных нанокристаллов и квантовых ям InGaN, что и позволило достичь полученных результатов».
— Талгат Шугабаев, младший научный сотрудник лаборатории новых полупроводниковых материалов для квантовой информатики и телекоммуникаций СПбГУ
При увеличении мощности накачки наблюдается переход от широкого спектра свечения к узкой спектральной линии, что является характерным признаком лазерной генерации. Именно эта узкая полоса излучения делает разработку особенно значимой, поскольку она обеспечивает высокую точность и чистоту сигнала.
На текущем этапе устройство функционирует при низких температурах (около 80 K), что ограничивает его практическое применение. Однако дальнейшие исследования направлены на адаптацию технологии для работы при комнатной температуре и интеграцию в реальные устройства.
В более широком контексте эта работа важна не только как отдельное достижение, но и как демонстрация нового уровня контроля над светом. Возможность создавать лазеры, размеры которых меньше длины волны излучения, открывает путь к развитию фотонных технологий, где информация передаётся и обрабатывается не электричеством, а светом. Это может привести к появлению более быстрых и энергоэффективных вычислительных систем, новых типов сенсоров и устройств визуализации.
Именно поэтому подобные разработки рассматриваются как фундамент для будущих технологий — от оптических процессоров до систем искусственного интеллекта и сверхкомпактной электроники.
Источник: @Наука