科学家们创造了一种具有显著潜力的创新纳米激光器。这种激光器的尺寸微小到只能通过强力显微镜观察，但它的应用范围涵盖早期医疗诊断、数据传输和安全措施。这一突破性的发明还可以作为研究光与物质相互作用的重要工具。
立陶宛考那斯科技大学（KTU）的研究人员与日本科学家合作，设计了一种突破性的纳米激光器。这种激光器的尺寸极小，使得其结构仅在高倍显微镜下可见，但在早期医疗诊断、数据通信和安全技术等领域开启了可能性的大门。此外，它可能在研究光与物质的相互作用中发挥关键作用。
激光器可以根据其特定的应用，在光放大和生产方法上有所不同，从而影响辐射颜色和光束质量。
“纳米激光器利用比毫米小一百万倍的结构来生成和放大光，在材料的极小体积内产生激光辐射，”发明者之一、KTU的明道古斯·尤多纳斯博士解释道。
激光器像一个镜子大厅
尽管关于纳米激光器的研究已经进行了一段时间，但KTU研究人员创建的版本因其制造方法而独特。它采用了精确排列在表面的银纳米立方体，并填充了光学活性材料，后者对于光放大和产生激光效应至关重要。
“银纳米立方体是微小的单晶银颗粒，具有出色的光学特性。它们在我们开发的纳米激光器中发挥了重要作用，”KTU材料科学研究所的研究员尤多纳斯表示。
这些纳米立方体采用KTU的日本合作伙伴开发的专门工艺合成，确保其形状和质量的高精度。然后，这些纳米立方体通过纳米颗粒自组装的方法组织成二维配置，在这种方法中，颗粒自然地从液体介质中排列到预设计的模板上。
当模板的参数与纳米立方体的光学特性相匹配时，出现了一种称为表面晶格共振的现象，使得光在光学活性介质中高效产生。
传统激光器通过镜子来产生这种效果，而KTU研究人员设计的纳米激光器则使用了纳米颗粒的表面。“当银纳米立方体有规律地排列时，光在它们之间被捕获。这个比喻就像游乐园里的镜子大厅，纳米立方体充当镜子，而光是游乐园的访客，”尤多纳斯详细说明道。
这种“被捕获”的光积累，直到超过需要的能量门槛以实现受激发射，最终形成具有特定颜色和方向的强光束。尤多纳斯提醒我们，“激光”代表通过受激辐射的光放大，这就是上述过程的描述。
国际资金推动了这一想法的发展
采用高质量、易于生产的纳米材料（如银纳米立方体），这种激光器运行所需的能量极低，使得大规模生产成为可能。
“我们可以大规模化学合成银纳米立方体，并且它们出色的质量允许使用纳米颗粒自组装技术。即便它们的排列不完美，它们的特性也可以补偿，”尤多纳斯解释道。
最初，这种简单的方法本应引起兴趣，但实际上却招致了立陶宛研究资金机构的怀疑。“质疑者怀疑我们的简单方法能否产生足够质量的结构以供功能性纳米激光器使用，”教授西吉塔斯·塔穆列维丘斯回忆道。
对纳米激光器质量充满信心，KTU材料科学研究所的团队获得了来自一个将其概念视为有前景的国际机构的资助：“经过大量努力和多次实验，我们证明了即使是不完美的排列，只要使用高质量的纳米颗粒，也可以有效，”尤多纳斯表示。
纳米颗粒的有序排列在KTU的另一个项目中也被利用来创建防伪标记，获得了国际认可，并获得了美国和日本专利局的批准。
展望未来，KTU研究人员开发的纳米激光器可以作为超灵敏生物传感器的光源，用于早期疾病检测或实时生物过程监测。其潜在应用包括微型光子芯片、身份识别技术和认证设备，在这些应用中，独特的光束结构至关重要。此外，它还可能促进对光与物质在纳米尺度上相互作用的基础研究。
