Un láser espaciador o plasmónico es un tipo de láser que tiene como objetivo confinar la luz en una escala de sublongitud de onda muy por debajo del límite de difracción de luz de Rayleigh , almacenando parte de la energía de la luz en oscilaciones de electrones llamadas polaritones de plasmón superficial . [1] [2] [3] [4] [5] El fenómeno fue descrito por primera vez por David J. Bergman y Mark Stockman en 2003. [6] La palabra spaser es un acrónimo de " amplificación de plasmón superficial por emisión estimulada de radiación ". [6]Los primeros dispositivos de este tipo fueron anunciados en 2009 por tres grupos: una nanopartícula de 44 nanómetros de diámetro con un núcleo de oro rodeado por un medio de ganancia de sílice teñido creado por investigadores de las universidades de Purdue, Norfolk State y Cornell, [7] un nanoalambre sobre una placa de plata. pantalla por un grupo de Berkeley, [1] y una capa semiconductora de 90 nm rodeada de plata bombeada eléctricamente por grupos en la Universidad de Tecnología de Eindhoven y en la Universidad Estatal de Arizona. [4] Mientras que el equipo de Purdue-Norfolk State-Cornell demostró el modo plasmónico confinado, el equipo de Berkeley y el equipo del estado de Eindhoven-Arizona demostraron el láser en el llamado modo de brecha plasmónica.
El spaser es una fuente de nanoescala propuesta de campos ópticos que se está investigando en varios laboratorios líderes en todo el mundo. Los aficionados al spa podrían encontrar una amplia gama de aplicaciones, incluida la litografía a nanoescala , la fabricación de nanocircuitos fotónicos ultrarrápidos , la detección bioquímica de una sola molécula y la microscopía.
De Nature Photonics : [8]
Un espaciador es la contraparte nanoplásmica de un láser , pero (idealmente) no emite fotones . Es análogo al láser convencional, pero en un spaser los fotones son reemplazados por plasmones de superficie y la cavidad resonante es reemplazada por una nanopartícula, que soporta los modos plasmónicos. De manera similar a un láser, la fuente de energía para el mecanismo de dispersión es un medio activo (ganancia) que se excita externamente. Este campo de excitación puede ser óptico y no estar relacionado con la frecuencia de funcionamiento del spaser; por ejemplo, un spaser puede operar en el infrarrojo cercano pero la excitación del medio de ganancia se puede lograr usando un pulso ultravioleta . La razón por la que los plasmones de superficie en un espaciador pueden funcionar de manera análoga a los fotones en un láser es que sus propiedades físicas relevantes son las mismas. Primero, los plasmones de superficie son bosones : son excitaciones vectoriales y tienen espín 1, al igual que los fotones. En segundo lugar, los plasmones de superficie son excitaciones eléctricamente neutras. Y tercero, los plasmones de superficie son las oscilaciones materiales más colectivas conocidas en la naturaleza, lo que implica que son las más armónicas (es decir, interactúan muy débilmente entre sí). Como tales, los plasmones de superficie pueden experimentar una emisión estimulada, acumulándose en un solo modo en grandes cantidades, que es la base física tanto del láser como del espaciador.
El estudio del modelo mecánico cuántico del espaciador sugiere que debería ser posible fabricar un dispositivo espaciador análogo en función al transistor MOSFET , [9] pero esto aún no se ha verificado experimentalmente.
Ver también
Referencias
- ↑ a b Oulton, Rupert F .; Sorger, Volker J .; Zentgraf, Thomas; et al. (2009). "Láseres de plasma a escala de sub-longitud de onda profunda" (PDF) . Naturaleza . 461 (7264): 629–632. Código Bibliográfico : 2009Natur.461..629O . doi : 10.1038 / nature08364 . hdl : 10044/1/19116 . ISSN 0028-0836 . PMID 19718019 . S2CID 912028 .
- ^ Ma, Ren-Min; Oulton, Rupert F .; Sorger, Volker J .; et al. (2010). "Láser de plasmón limitado por subdifracción a temperatura ambiente por reflexión interna total". Materiales de la naturaleza . 10 (2): 110-113. arXiv : 1004.4227 . Código Bibliográfico : 2011NatMa..10..110M . doi : 10.1038 / nmat2919 . ISSN 1476-1122 . PMID 21170028 . S2CID 10624501 .
- ^ Noginov, MA; Zhu, G .; Belgrave, AM; et al. (2009). "Demostración de un nanolaser basado en spaser". Naturaleza . 460 (7259): 1110–1112. Código Bibliográfico : 2009Natur.460.1110N . doi : 10.1038 / nature08318 . ISSN 0028-0836 . PMID 19684572 . S2CID 4363687 .
- ^ a b Hill, Martin; Marell, Milán; Leong, Eunice; et al. (2009). "Lasing en guías de onda plasmónicas de sub-longitud de onda de metal-aislante-metal" . Optics Express . 17 (13): 11107–11112. Código bibliográfico : 2009OExpr..1711107H . doi : 10.1364 / OE.17.011107 . PMID 19550510 .
- ^ Kumar, Pawan; Tripathi, VK; Liu, CS (2008). "Un láser de plasmón de superficie". J. Appl. Phys . 104 (3): 033306–033306–4. Código Bibliográfico : 2008JAP ... 104c3306K . doi : 10.1063 / 1.2952018 .
- ^ a b Bergman, David J .; Stockman, Mark I. (2003). "Amplificación de plasmones superficiales por emisión estimulada de radiación: generación cuántica de plasmones superficiales coherentes en nanosistemas" . Phys. Rev. Lett . 90 (2): 027402. Código Bibliográfico : 2003PhRvL..90b7402B . doi : 10.1103 / PhysRevLett.90.027402 . PMID 12570577 . S2CID 10798864 .
- ^ Bourzac, Katherine (17 de agosto de 2009). "El láser más pequeño jamás fabricado" . Revisión de tecnología del MIT .
- ^ Stockman, Mark I. (junio de 2008). "Spasers explicó". Nature Photonics . 2 (6): 327–329. Código Bibliográfico : 2008NaPho ... 2..327S . doi : 10.1038 / nphoton.2008.85 . ISSN 1749-4885 .
- ^ Stockman, Mark I. (2010). "El spaser como generador cuántico a nanoescala y amplificador ultrarrápido". Revista de Óptica . 12 (2): 024004. arXiv : 0908.3559 . Código Bibliográfico : 2010JOpt ... 12b4004S . doi : 10.1088 / 2040-8978 / 12/2/024004 . ISSN 2040-8978 . S2CID 2089181 .
Otras lecturas
- Galanzha, Ekaterina I .; Weingold, Robert; Nedosekin, Dmitry A .; et al. (2017). "Spaser como sonda biológica" . Comunicaciones de la naturaleza . 8 (1): 15528. Bibcode : 2017NatCo ... 815528G . doi : 10.1038 / ncomms15528 . ISSN 2041-1723 . PMC 5472166 . PMID 28593987 .