银纳米立方体能够产生纳米激光

立陶宛考纳斯理工大学（KTU）的研究人员和来自日本的科学家开发了一种独特的纳米激光器。尽管这种激光器的尺寸很小，只能通过强大的显微镜才能看到它的结构，但它的潜力是巨大的。随着在早期医学诊断、数据通信和安全技术中的应用，本发明也可能成为研究光和物质相互作用的关键工具

根据应用的不同，激光的放大和产生方式也不同，这决定了辐射的颜色和激光束的质量

本发明的作者之一Mindaugas Juodėnas博士说：“纳米激光器是一种使用比毫米小一百万倍的结构来产生和放大光的激光器，激光辐射是在极小体积的材料中产生的。”

这篇题为“在组装好的银纳米立方体阵列中进行激光照射”的论文发表在《Nanoscale Horizons》上

激光器的工作原理类似于镜厅

这种纳米激光器已经研究和开发了一段时间。然而，KTU科学家的版本在制造工艺方面是独一无二的。它使用银纳米立方体，这些立方体整齐地排列在表面上，并填充有光学活性材料。这创造了放大光并产生激光效果所需的机制

KTU材料科学研究所的研究员Juodėnas说：“银纳米立方体是非常小的单晶银粒子，具有优异的光学性能。它是我们开发的纳米激光器的重要组成部分。”

这些纳米立方体是使用日本KTU合作伙伴发明的独特工艺合成的，确保了它们的精确形状和质量。然后使用纳米粒子自组装过程将这些纳米立方体排列成二维结构

在这个过程中，粒子自然地从液体介质排列成预先图案化的模板

当模板参数与纳米立方体的光学性质相匹配时，会产生一种称为表面晶格共振的独特现象，从而在光学活性介质中高效地产生光

虽然传统激光器使用镜子来产生这种现象，但KTU研究人员发明的纳米激光器使用的是带有纳米粒子的表面。Juodėnas解释说：“当银纳米立方体以周期性模式排列时，光会被困在它们之间。在某种程度上，这个过程让人想起游乐园里的镜子大厅，但在我们的例子中，镜子是纳米立方体，公园的游客是光。”

通过使用高质量、易于生产的纳米材料，如银纳米立方体，激光器需要创纪录的低能量来运行，从而使激光器能够大规模生产

Juodėnas说：“化学合成的银纳米立方体可以生产数百毫升，而它们的高质量使我们能够使用纳米粒子自组装技术。即使它们的排列不完美，它们的特性也能弥补这一点。”

然而，在最初阶段，这种方法的简单性本应引起人们的兴趣，却让立陶宛的研究资助机构望而却步。“怀疑论者质疑我们使用的简单方法是否能够为工作的纳米激光器创造足够高质量的结构，”Sigitas Tamulevičius教授回忆道

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KTU材料科学研究所团队坚信他们正在开发的纳米激光器的质量，并获得了一个国际组织的资助，正如Juodėnas所说，该组织认为这一想法很有前景：“经过大量工作和大量实验，我们已经证明，如果使用高质量的纳米粒子，即使是不完美的阵列也可以有效。”

未来，KTU研究人员创建的纳米激光器可以用作超灵敏生物传感器的光源，用于早期检测疾病或实时监测生物过程。它还可以应用于微型光子芯片、识别技术和认证设备，其中光束的独特结构至关重要。此外，它可以支持关于光如何在纳米尺度上与物质相互作用的基础研究 More information: Mindaugas Juodėnas et al, Lasing in an assembled array of silver nanocubes, Nanoscale Horizons (2024). DOI: 10.1039/D4NH00263F