Nanóleysir er eins konar ör- og nanótæki sem er búið til úr nanóefnum eins og nanóvír sem ómtæki og getur gefið frá sér leysigeisla við ljósörvun eða raförvun. Stærð þessa leysigeisla er oft aðeins hundruð míkrona eða jafnvel tugir míkrona og þvermálið er allt að nanómetra, sem er mikilvægur þáttur í framtíðarþunnfilmuskjám, samþættri ljósfræði og öðrum sviðum.
Flokkun nanólasera:
1. Nanóvírlaser
Árið 2001 bjuggu vísindamenn við Háskólann í Kaliforníu í Berkeley í Bandaríkjunum til minnsta leysigeisla í heimi – nanóleysigeisla – á nanóvír sem er aðeins einn þúsundasti af lengd mannshárs. Þessi leysigeisli gefur ekki aðeins frá sér útfjólubláa leysigeisla heldur er einnig hægt að stilla hann til að gefa frá sér leysigeisla sem eru allt frá bláum til djúpútfjólubláum. Vísindamennirnir notuðu staðlaða tækni sem kallast stefnumiðuð epiphytation til að búa til leysigeislann úr hreinum sinkoxíðkristöllum. Þeir „ræktuðu“ fyrst nanóvíra, það er að segja myndaða á gulllagi með þvermál 20nm til 150nm og lengd 10.000nm af hreinum sinkoxíðvírum. Þegar vísindamennirnir virkjuðu síðan hreinu sinkoxíðkristallana í nanóvírunum með öðrum leysigeisla undir gróðurhúsinu, sendu hreinu sinkoxíðkristallarnir frá sér leysigeisla með bylgjulengd aðeins 17nm. Slíkir nanóleysigeislar gætu að lokum verið notaðir til að bera kennsl á efni og bæta geymslugetu upplýsinga á tölvudiskum og ljósfræðilegum tölvum.
2. Útfjólublár nanólaser
Í kjölfar tilkomu örlasera, ördisklasera, örhringlasera og skammtafræðilegra snjóflóðlasera, framleiddu efnafræðingurinn Yang Peidong og samstarfsmenn hans við Háskólann í Kaliforníu í Berkeley nanólasera sem ræktaðir voru við stofuhita. Þessi sinkoxíð nanólaser getur gefið frá sér leysi með línubreidd minni en 0,3 nm og bylgjulengd 385 nm undir ljósörvun, sem er talinn vera minnsti leysirinn í heiminum og eitt af fyrstu hagnýtu tækjunum sem framleiddir voru með nanótækni. Í upphafi þróunarinnar spáðu vísindamennirnir að þessi ZnO nanólaser væri auðveldur í framleiðslu, með mikla birtu, litla stærð og að afköstin væru jöfn eða jafnvel betri en GaN bláir leysir. Vegna getu til að búa til fylki af nanóvírum með mikilli þéttleika geta ZnO nanólaserar farið í margar notkunarleiðir sem eru ekki mögulegar með GaAs tækjum nútímans. Til að rækta slíka leysi er ZnO nanóvír myndaður með gasflutningsaðferð sem hvatar vöxt epitaxial kristalla. Fyrst er safírundirlagið húðað með lagi af 1 nm~3,5 nm þykkri gullfilmu og síðan sett á áloxíðbát. Efnið og undirlagið eru hituð í 880°C ~ 905°C í ammóníakstraumi til að framleiða sinkgufu, og síðan er sinkgufan flutt til undirlagsins. Nanóvírar, 2μm~10μm, með sexhyrndu þversniðsflatarmáli voru myndaðir í vaxtarferlinu sem stóð yfir í 2 mínútur~10 mínútur. Rannsakendurnir komust að því að sinkO nanóvírinn myndaði náttúrulegt leysigeislahol með þvermál frá 20 nm til 150 nm, og stærstur hluti (95%) þvermálsins er 70 nm til 100 nm. Til að rannsaka örvaða útgeislun nanóvíranna dæltu vísindamennirnir sýninu ljósfræðilega í gróðurhúsi með fjórðu harmonískri útgeislun frá Nd:YAG leysi (266 nm bylgjulengd, 3 ns púlsbreidd). Við þróun útgeislunarrófsins er ljósið dregið úr með aukinni dæluafli. Þegar leysigeislunin fer yfir þröskuld ZnO nanóvírsins (um 40 kW/cm), mun hæsti punkturinn birtast í útgeislunarrófinu. Línubreidd þessara hæstu punkta er minni en 0,3 nm, sem er meira en 1/50 minni en línubreiddin frá útgeislunarhorninu fyrir neðan þröskuldinn. Þessar þröngu línubreiddir og hraðar aukningar á útgeislunarstyrk leiddu vísindamennina til þeirrar niðurstöðu að örvuð útgeislun á sér stað í þessum nanóvírum. Þess vegna getur þessi nanóvírafylking virkað sem náttúrulegur ómari og þannig orðið kjörin örleysigeislagjafi. Rannsakendurnir telja að þennan stuttbylgjulengdar nanóleysi geti verið notaður á sviði ljósreikna, upplýsingageymslu og nanógreiningar.
3. Skammtabrunnlaserar
Fyrir og eftir árið 2010 mun línubreidd sem etsuð er á hálfleiðaraflís ná 100 nm eða minna, og það verða aðeins fáar rafeindir á hreyfingu í rásinni, og aukning og minnkun rafeindar mun hafa mikil áhrif á virkni rásarinnar. Til að leysa þetta vandamál fæddust skammtabrunnslasar. Í skammtafræði er spennusvið sem takmarkar hreyfingu rafeinda og magnbindur þær kallað skammtabrunna. Þessi skammtaþvingun er notuð til að mynda skammtaorkustig í virka lagi hálfleiðaralasersins, þannig að rafeindaskipti milli orkustiganna ráða ríkjum í örvuðu geislun leysisins, sem er skammtabrunnalaser. Það eru tvær gerðir af skammtabrunnalaserum: skammtalínulasar og skammtapunktlasar.
① Skammtalínuleysir
Vísindamenn hafa þróað skammtavírlasera sem eru 1.000 sinnum öflugri en hefðbundnir leysir, sem stígur stórt skref í átt að því að skapa hraðari tölvur og samskiptatæki. Leysirinn, sem getur aukið hraða hljóðs, myndbands, internetsins og annarra samskiptaleiða yfir ljósleiðarakerfi, var þróaður af vísindamönnum við Yale-háskóla, Lucent Technologies Bell LABS í New Jersey og Max Planck-stofnunina fyrir eðlisfræði í Dresden í Þýskalandi. Þessir öflugri leysir myndu draga úr þörfinni fyrir dýra endurvarpa, sem eru settir upp á 80 km fresti meðfram samskiptalínunni, og framleiða aftur leysipúlsa sem eru minni þegar þeir ferðast í gegnum ljósleiðarann (endurvarpar).
Birtingartími: 15. júní 2023