Tutkijat valjastivat nanopartikkelit äärimmäisen pieneksi laseriksi
Aalto-yliopiston tutkijoiden kehittämä uudentyyppinen laser on erittäin pieni, noin tuhannesosa ihmisen hiuksen paksuudesta. Valon elinaika näin pienissä rakenteissa on äärimmäisen lyhyt, vain kymmeniä tai satoja kertoja suurempi kuin valon omaan värähtelyyn tarvittava aika. Tutkimustulos avaa mahdollisuuden kehittää uusia integroituja koherentteja valonlähteitä kuten lasereita, jotka ovat erittäin nopeita ja pieniä.
Laserin toiminta perustuu hopeasta tehtyihin nanopartikkelihiloihin. Toisin kuin perinteisissä lasereissa, joissa takaisinkytkentä tapahtuu normaalien peilien avulla, uusi nanolaser hyödyntää sadan nanometrin kokoisten nanopartikkelien säteilemää valoa. Kukin nanopartikkeli toimii kuin pieni antenni, joka säteilee valoa toisiin partikkeleihin. Maksimoidakseen laserin intensiteetin tutkijat asettivat partikkelit laservalon aallonpituuden etäisyydelle toisistaan. Tällöin kaikki partikkelit säteilevät samassa vaiheessa ja siten voimistavat laservaloa. Laserin vahvistavana elementtinä käytettiin orgaanisia fluoresoivia molekyylejä.
Valoa pimeästä
Eräs keskeisimmistä haasteista nanolaserin kehittämisessä oli valon lyhyt elinaika tällaisissa nanorakenteissa. Tutkijat kiersivät ongelman hyödyntämällä niin kutsuttuja pimeitä moodeja.
"Pimeät moodit voidaan intuitiivisesti ymmärtää perinteisten antennien avulla: yksittäinen antenni säteilee voimakkaasti, mutta kaksi antennia, jotka ovat hyvin lähellä toisiaan ja joihin syötetään vastakkaisvaiheista virtaa, säteilevät hyvin vähän", selittää akatemiaprofessori Päivi Törmä. "Pimeä moodi aiheuttaa vastakkaisvaiheisia virtoja jokaiseen nanopartikkeliin, mutta paljon suuremmilla taajuuksilla, jotka vastaavat näkyvää valoa", hän jatkaa.
"Pimeät moodit ovat kiinnostavia niiden sovellusten kannalta, joissa pieni tehonkulutus on tärkeää. Sellaisenaan pimeän moodin laserointi on hyödytöntä, sillä pimeän moodin laservalo on sidottu nanopartikkelihilan pintaan eikä pääse pakenemaan", lisää Staff Scientist Tommi Hakala. "Hyödyntämällä nanopartikkelihilan äärellistä kokoa löysimme tavan ohjata valo ulos. Hilan reunoja kohti mentäessä partikkelit alkavat käyttäytyä yhä enemmän kuin tavalliset antennit, jotka säteilevät laservaloa ulkomaailmaan", kertoo jatko-opiskelija Heikki Rekola.
Tutkimusryhmä käytti laserin valmistamiseen kansallisen OtaNano tutkimusinfrastruktuurin puhdastiloja ja nanovalmistuslaitteita.
Tulokset julkaistiin Nature Communications -julkaisussa.
Lisätietoja:
- Quantum Dynamics -tutkimusryhmä (physics.aalto.fi)
- Laskennallisen nanotieteen huippututkimusyksikkö, COMP (comp.aalto.fi)
- Micronova (micronova.fi)
Tutkimusartikkeli: T.K. Hakala, H.T. Rekola, A.I. Väkeväinen, J.-P. Martikainen, M. Nečada, A.J. Moilanen, P. Törmä. Lasing in dark and bright modes of a finite-sized plasmonic lattice. DOI:10.1038/NCOMMS13687
Katsoaksesi videon lähteestä www.youtube.com, anna hyväksyntä sivun yläosasta.Aalto-yliopiston tutkijat ovat kehittäneet äärimmäisen pienen laserin yhdistämällä väriainemolekyylejä nanopartikkelihilaan. Laservalo syntyy niin sanotussa pimeässä moodissa, ja säteilee ulos nanopartikkelihilasta sen reunoilta. Kuva: Antti Paraoanu
Avainsanat
Yhteyshenkilöt
Akatemiaprofessori Päivi Törmä
Aalto-yliopisto, teknillisen fysiikan laitos
paivi.torma@aalto.fi
p. 050 382 6770
Kuvat
Linkit
Tietoja julkaisijasta
Aalto-yliopistossa tiede ja taide kohtaavat tekniikan ja talouden. Rakennamme kestävää tulevaisuutta saavuttamalla läpimurtoja avainalueillamme ja niiden yhtymäkohdissa. Samalla innostamme tulevaisuuden muutoksentekijöitä ja luomme ratkaisuja maailman suuriin haasteisiin. Yliopistoyhteisöömme kuuluu noin 13 000 opiskelijaa ja yli 4 500 työntekijää, joista 400 on professoreita. Kampuksemme sijaitsee Espoon Otaniemessä.
Tilaa tiedotteet sähköpostiisi
Haluatko tietää asioista ensimmäisten joukossa? Kun tilaat tiedotteemme, saat ne sähköpostiisi välittömästi julkaisuhetkellä. Tilauksen voit halutessasi perua milloin tahansa.
Lue lisää julkaisijalta Aalto-yliopisto
Satelliittikuvat paljastavat ennallistamisen vaikutukset turvemailla9.7.2025 07:30:00 EEST | Tiedote
Yli 20 vuotta kattava satelliittiaineisto osoittaa, että ennallistettujen turvemaiden lämpötila ja heijastavuus alkavat muistuttaa luonnontilaisia soita noin vuosikymmenessä. Kasvillisuuden palautumisessa kestää pidempään, ja erot alueiden välillä ovat suurempia.
Tutkimus: Uusien rakennusten päästöistä 70 prosenttia tulee rakentamisesta – eikä sitä huomioida tarpeeksi30.6.2025 07:53:14 EEST | Tiedote
Energiatehokkuus ja uusiutuvan energian käyttö ovat vähentäneet uudisrakennusten elinkaaripäästöjä, mutta rakentamisen päästöt eivät ole laskeneet. Viheralueiden vaaliminen ja puurakentamisen suosiminen tekisi rakentamisesta kestävämpää, korostavat tutkijat.
Tutkimus: Seksuaali- ja sukupuolivähemmistöille myönteiset yritykset ovat selvästi innovatiivisempia18.6.2025 09:30:00 EEST | Tiedote
Yhdysvaltalaisia suuryrityksiä koskenut tutkimus kertoo, että patenttien määrä ja laatu kasvavat merkittävästi, jos yritys saa korkeat pisteet LGBTQ+-yhteisöä eli seksuaali- ja sukupuolivähemmistöjä tukevissa arvioinneissa.
Koneoppiminen tuo vallankumouksen tutkimukseen ja tuotekehitykseen – uuden tekoälyinstituutin johtajalle merkittävä EU-rahoitus17.6.2025 13:00:00 EEST | Tiedote
Uusi projekti ratkoo koneoppimisen keskeistä pullonkaulaa ja muodostaa myös yhden uuden ELLIS-instituutin tutkimuksen kulmakivistä.
A revolution for R&D with the missing link of machine learning — project envisions human-AI expert teams to solve grand challenges17.6.2025 13:00:00 EEST | Press release
Robust, deployable and collaborative machine learning (ML) methods are needed for artificial intelligence (AI) to become truly useful. This ERC-funded research aims to solve a major ML bottleneck and will form a cornerstone of the newly established ELLIS Institute Finland.
Uutishuoneessa voit lukea tiedotteitamme ja muuta julkaisemaamme materiaalia. Löydät sieltä niin yhteyshenkilöidemme tiedot kuin vapaasti julkaistavissa olevia kuvia ja videoita. Uutishuoneessa voit nähdä myös sosiaalisen median sisältöjä. Kaikki tiedotepalvelussa julkaistu materiaali on vapaasti median käytettävissä.
Tutustu uutishuoneeseemme