А вы знали, что самые мощные и влиятельные вещи в нашем мире зачастую абсолютно невидимы? Взять хотя бы Wi-Fi, гравитацию или, скажем, глубокий ультрафиолет.
Международная команда светлых умов, в которой первую скрипку играют исследователи НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге, сотворила настоящее чудо. Они создали микролазеры, работающие в диапазоне глубокого ультрафиолета (255 нанометров). Чтобы вы понимали масштаб трагедии для микробов: размер самого маленького лазера сопоставим с бактерией, а светит он при совершенно комфортной комнатной температуре. Как говорил классик: “Мал золотник, да дорог!”
Драгоценные технологии в микроскопическом масштабе
Глубокий ультрафиолет — это такой интроверт от мира оптики. Длина его волны менее 300 нанометров, для человеческого глаза он неуловим, но зато обладает бешеной энергией. Он легко поглощается веществом, запускает фотохимические реакции, обеззараживает всё на своем пути и даже передает данные. Раньше для этих целей использовали громоздкие и токсичные ртутные лампы. Но кому нужны токсичные отношения с аппаратурой в XXI веке?
Наши физики вместе с коллегами из ФТИ им. А.Ф. Иоффе, НАН Беларуси и китайского университета вырастили на сапфировых подложках тончайшие полупроводниковые слои. Затем из них вырезали микродиски диаметром около двух микрометров. Сапфир, господа, теперь не только в ювелирных украшениях, но и в передовой микроэлектронике! Эдуард Моисеев, старший научный сотрудник ВШЭ, справедливо замечает, что сапфир дешев, доступен и с ним приятно работать. Почти как с хорошим словом, которое, как известно, и кошке приятно.
Эффект шепчущей галереи ️
Самое поэтичное в этой разработке — принцип удержания света. Никаких банальных зеркал! Свет удерживается внутри микродиска за счет так называемого “эффекта шепчущей галереи”. Представьте, что звук скользит вдоль изогнутой стены старинного собора. Точно так же свет многократно отражается от границы диска и бежит по его краю, создавая невероятную концентрацию энергии. (Примечание автора: если бы свет умел петь, это был бы лучший хор в мире физики).
Для усиления эффекта ученые добавили три “квантовые ямы” — эдакие ловушки для электронов, где они с радостью испускают фотоны. Пороговая плотность мощности составила около 280 кВт/см², что звучит как заклинание, но на деле означает мировой рекорд для таких коротких волн.
Шаг в портативное будущее
Сейчас эти крошечные диски работают от внешней лазерной накачки. Но ученые не собираются останавливаться на достигнутом. Следующий этап — переход к электрической накачке. Это позволит встраивать микролазеры в карманные устройства. Карманный сапфировый антисептик-анализатор? Заверните два!
В конечном счете, наука в очередной раз доказывает нам удивительную вещь: чтобы сделать мир светлее, чище и безопаснее, порой достаточно просто заглянуть в микромир. Ведь даже в самой крошечной песчинке (или сапфировой подложке) может скрываться потенциал, способный изменить наше будущее к лучшему. И это ли не повод для оптимизма? ✨
