Исследователи из Санкт-Петербургского Института точной механики и оптики (ИТМО) создали самый маленький в мире нанолазер для широкого спектра применений. Светоизлучающий прибор, который в 5 тысяч раз меньше миллиметра, может послужить как основой оптоэлектронных чипов, так и элементом дисплеев и медицинских приборов для точной диагностики.

Сергей Макаров. Источник изображения: Новый физтех ИТМО

«Ключевая идея предложенного дизайна нанолазера — использование нового механизма его работы за счет выстраивания сильной связи "свет-вещество". Это помогает значительно снизить порог его "включения". Излучение нанолазера имеет направленный характер, что позволяет эффективно собирать его в нашей оптической схеме и регистрировать на лабораторном спектрометре (прибор для фиксации, обработки и анализа волн света)», — рассказал Сергей Макаров, руководитель лаборатории гибридной нанофотоники и оптоэлектроники ИТМО.

Нанолазеры позволяют излучать свет с длиной волны намного большей, чем источник излучения. Особенно проблемно было получить источник «зелёных» фотонов. Разработка ИТМО преодолела это ограничение, прозванное в научной среде «зелёной ямой» (green gap). Предыдущий созданный в институте зелёный нанолазер был размером 310 нм. Новый удалось уменьшить до 200 нм.

В качестве светоизлучающего материала российские учёные использовали искусственно синтезированный перовскит — CsPbBr₃ в форме кубоида. «Этот материал изучается в университете с 2017 года. За это время учёным удалось доказать, что он стабилен, имеет высокий коэффициент оптического усиления (позволяет использовать энергию света максимально эффективно), а главное — он лучше всего работает в зеленом спектре», — поясняется в пресс-релизе ИТМО.

Следует уточнить, что все поставленные до этого времени эксперименты проводились с оптической накачкой нанолазера. На следующем этапе учёные начнут опыты с электрической накачкой нанолазера, для чего материал поместили на металлическую подложку. Это уже путь к дисплеям на базе светоизлучающих нанолазеров.

Ученые из Института автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения РАН (Владивосток) разработали и испытали технологию производства прозрачных электродов с впечатляющим набором свойств. Электроды остаются одновременно прозрачными в широком диапазоне волн без потери электропроводности. Обычно возможно либо первое, либо второе. Разработка будет интересна для производительной оптоэлектроники, фотогенерации и умного остекления.

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Electronic Materials. По факту российские исследователи первыми разработали электроды на основе дигерманида кальция (CaGe₂) — соединения, состоящего из чередующихся двумерных слоев атомов кальция и германия. Учёные вырастили тончайшие плёнки этого материала, осаждая в вакуумной камере кальций и германий на подложку из оксида алюминия и проводя их температурную обработку при 750−850 °C.

Прозрачность полученных образцов преимущественно в инфракрасном диапазоне от 1000 до 4000 нм оказалась на уровне 78%. Затем был применён определённый технологический приём — образец «перфорировали» с помощью лазера, создав на нём что-то в виде клетчатого узора. Это сразу же увеличило прозрачность электрода до внушительных 90 % с одновременным расширением диапазона прозрачности в область видимого света. Электрод обрёл прозрачность в диапазоне от 400 до 7000 нм. Что важно, сопротивление практически не увеличилось, хотя объём токопроводящего материала существенно снизился.

Авторы исследования протестировали работу новых электродов в составе германиевого фотодетектора. Эксперимент показал, что чувствительность такого прибора на электродах из дигерманида кальция на 85 % превышает коммерческие аналоги. Кроме того, датчик оказался способен улавливать более широкий диапазон длин световых волн: 800–2200 нм по сравнению с 800–1900 нм у других подобных устройств.

Перфорация электрода фемтосекундным лазером и достигнутый при этом эффект. Источник изображения: ACS Applied Electronic Materials

«Самое очевидное и прямое применение полученных результатов — это развитие приборной базы телекоммуникационных технологий. Исследованные нами фотодетекторы и электроды чувствительнее аналогов, а также улавливают более широкий диапазон длин волн. Поэтому они помогут усовершенствовать линии оптической связи, например передачу интернет-трафика по оптоволокну», — рассказал участник проекта, Александр Шевлягин, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник лаборатории оптики и электрофизики Института автоматики и процессов управления ДВО РАН.

Кроме использования в оптических приёмниках и передатчиках, а также в составе солнечных ячеек разработка может стать находкой для умного остекления. Например, окно с таким покрытием может быть освобождено от наледи и запотевания простым пропусканием тока по своей поверхности, что улучшит энергоэффективность помещений в холодные и сырые времена года.