Investigadores de la Universidad Tecnológica de Kaunas (KTU), Lituania y científicos de Japón han desarrollado un nanoláser único. Aunque las dimensiones de este láser son tan pequeñas que su estructura sólo puede verse a través de un potente microscopio, su potencial es enorme. Con aplicaciones en diagnósticos médicos tempranos, comunicaciones de datos y tecnologías de seguridad, la invención también podría convertirse en una herramienta clave para estudiar las interacciones entre la materia ligera.
Dependiendo de la aplicación, los láseres varían en la forma en que amplifican y producen luz, lo que determina el color de la radiación y la calidad del rayo láser.
“Los nanoláseres son láseres que utilizan estructuras de menos de una millonésima de milímetro para generar y amplificar la luz, y la radiación láser se produce en una cantidad extremadamente pequeña de material”, dice el Dr. Mandaugas Jovidnas, uno de los autores del invento. sucede.”
El principio de funcionamiento de un láser es similar al de un espejo de pasillo.
Estos nanoláseres se investigan y desarrollan desde hace algún tiempo. Sin embargo, la versión de los científicos del KTU es única en cuanto a su proceso de fabricación. Utiliza nanocubos de plata, que están cuidadosamente dispuestos sobre una superficie y llenos de materiales ópticamente activos. Esto forma el mecanismo necesario para amplificar la luz y producir el efecto láser.
“Los nanocubos de plata son partículas plateadas extremadamente pequeñas con excelentes propiedades ópticas. Son una parte integral de los nanoláseres que hemos desarrollado”, afirma Judenas, investigador del Instituto de Ciencia de Materiales de KTU.
Los nanocubos se sintetizan mediante un proceso único inventado por socios de KTU en Japón, lo que garantiza su forma y calidad precisas. Luego, estos nanocubos se organizan en estructuras bidimensionales mediante un proceso de autoensamblaje de nanopartículas. Durante este proceso, las partículas se organizan naturalmente en una plantilla previamente modelada por el medio líquido.
Cuando los parámetros de la plantilla coinciden con las propiedades ópticas de los nanocubos, se produce un fenómeno único llamado resonancia de red superficial, que permite la producción eficiente de luz en un medio ópticamente activo.
Mientras que los láseres convencionales utilizan espejos para producir este fenómeno, el nanoláser inventado por los investigadores del KTU utiliza una superficie con nanopartículas. “Cuando los nanocubos de plata se disponen en un patrón periódico, la luz queda atrapada entre ellos. En cierto modo, el proceso recuerda a una sala de espejos en un parque de atracciones, pero en nuestro caso, los nanocubos de espejos son los visitantes del parque. Hay luz”, explica Juodėnas.
Esta luz “atrapada” continúa acumulándose hasta que finalmente se supera el umbral de energía para la emisión estimulada, produciendo un intenso haz de luz con un color y una dirección específicos. Juodėnas nos recuerda que la palabra es una abreviatura de láser. Amplificación de la luz mediante emisión estimulada de radiación.Es decir, el proceso descrito anteriormente.
La financiación internacional ayudó a desarrollar la idea.
Al utilizar nanomateriales de alta calidad y fáciles de producir, como los nanocubos de plata, el láser requiere una cantidad récord de energía para funcionar, lo que hace que los láseres se produzcan en masa.
“Los nanocubos de plata sintetizados químicamente se pueden producir en cientos de mililitros, mientras que su alta calidad nos permite utilizar la tecnología de autoensamblaje de nanopartículas. Aunque su disposición no sea perfecta, sus características lo compensan”, afirma Judenas.
Sin embargo, la simplicidad del método, que debería haber atraído el interés en las primeras etapas, desanimó a las agencias lituanas de financiación de la investigación. “Los escépticos se preguntaban si el método sencillo que estábamos utilizando sería capaz de crear estructuras de calidad suficiente para un nanoláser funcional”, recuerda el profesor Sigitas Tomolivius.
Muy convencidos de la calidad del nanoláser desarrollado, el equipo del Instituto de Ciencia de Materiales KTU recibió financiación de una organización internacional que, como afirma Juodėnas, calificó la idea de prometedora: “Después de muchos trabajos y numerosos experimentos, hemos demostrado que incluso Las matrices incompletas pueden ser efectivas si se utilizan nanopartículas de alta calidad”.
La elegante disposición de las nanopartículas, que también se utilizan para crear marcas falsificadas en otro invento de los investigadores del KTU, ya ha recibido elogios internacionales y ha recibido la aprobación de las oficinas de patentes de EE. UU. y Japón.
En el futuro, el nanoláser desarrollado por investigadores del KTU podría utilizarse como fuente de luz en sensores biológicos altamente sensibles para la detección temprana de enfermedades o el seguimiento en tiempo real de procesos biológicos. También se puede aplicar en chips fotónicos en miniatura, tecnologías de identificación y dispositivos de autenticación, donde la estructura única del haz es fundamental. Además, puede respaldar la investigación fundamental sobre cómo interactúa la luz con la materia a nanoescala.
