美國研究人員最(zui)近展示了一種有史(shi)以來最(zui)小的(de)(de)激光(guang)(guang)器，其包含一個直徑僅為(wei)44納米(mi)的(de)(de)納米(mi)粒(li)子。該(gai)器件因能(neng)產生一種稱為(wei)表面等(deng)離子的(de)(de)輻射而(er)被(bei)命名為(wei)“spaser”。這項新技(ji)術可允許光(guang)(guang)子局(ju)限在非常小的(de)(de)空間內(nei)，一些物理學(xue)家(jia)據此認為(wei)，就像晶(jing)體管之于現(xian)今的(de)(de)電子產品，spaser也(ye)許將(jiang)成為(wei)未來光(guang)(guang)學(xue)計(ji)算機的(de)(de)基礎。
美國諾(nuo)福(fu)克大學材料研究中心(xin)物理(li)學教授米哈(ha)伊爾·諾(nuo)基諾(nuo)夫(fu)表示(shi)，現(xian)今最好的(de)消費(fei)電(dian)子(zi)產(chan)品可在(zai)(zai)大約10吉(ji)赫茲(zi)(zi)的(de)速(su)度上運行，但(dan)未來的(de)光(guang)學器(qi)件(jian)的(de)運行速(su)度可達到幾百太赫茲(zi)(zi)范圍。一般來說，光(guang)學器(qi)件(jian)難以實現(xian)小型(xing)化，是因為光(guang)子(zi)無法(fa)限(xian)定在(zai)(zai)比其一半(ban)波長更小的(de)區(qu)域內(nei)。但(dan)以表面(mian)等離子(zi)形式與光(guang)作用的(de)器(qi)件(jian)就能(neng)將光(guang)限(xian)定在(zai)(zai)非常緊密(mi)的(de)位點上。
諾基諾夫說，目前科學家們正(zheng)在基于等離子(zi)的(de)新一(yi)代納米電子(zi)設備的(de)理論研(yan)究上(shang)努力探索。與以前的(de)其(qi)他等離子(zi)器件不同的(de)是，spaser能(neng)有效地產生和放大這些光(guang)波。諾基諾夫及同事在近(jin)期的(de)《自然》雜(za)志上(shang)發(fa)表了此項研(yan)究成果。
spaser包(bao)含一個直徑僅為44納米的單納米粒子(zi)，激光(guang)器的其他不同部(bu)分的功能則與常規(gui)激光(guang)器無(wu)異。在(zai)普通(tong)(tong)激光(guang)器中，光(guang)子(zi)通(tong)(tong)過可放大光(guang)線的增益介質(zhi)在(zai)兩個鏡面間反彈。而spaser中的光(guang)則圍繞一個等離子(zi)形式的納米粒子(zi)核(he)中的金球表面進行反彈。
此中(zhong)的挑戰是確保(bao)這種(zhong)能量不會快速從金屬(shu)表面消散(san)。諾基(ji)諾夫(fu)及其團隊通(tong)過在(zai)(zai)金球上噴涂嵌有染(ran)料的硅(gui)層來實現這一(yi)要求。硅(gui)層可作(zuo)(zuo)為增益媒介。來自(zi)spaser的光可作(zuo)(zuo)為等離子(zi)(zi)體保(bao)持在(zai)(zai)限定區(qu)域，亦可作(zuo)(zuo)為可見光范圍的光子(zi)(zi)離開(kai)粒子(zi)(zi)表面。像一(yi)個激光器一(yi)樣，spaser必須(xu)“泵”入必要的能量，研究人員利用光脈沖轟擊粒子(zi)(zi)來達到這個目的。
常規激光器的(de)大(da)小取(qu)決(jue)(jue)于(yu)其(qi)使用(yong)的(de)光波長(chang)，反射面間的(de)距離不能(neng)小于(yu)光波長(chang)的(de)一(yi)半(ban)，在可見光范圍(wei)大(da)約為(wei)200納(na)米(mi)。spaser則(ze)是(shi)利用(yong)等離子體解決(jue)(jue)了此局限。諾(nuo)基諾(nuo)夫說，spaser也許將能(neng)做到一(yi)個納(na)米(mi)大(da)小，但任(ren)何小于(yu)這(zhe)一(yi)尺寸的(de)納(na)米(mi)粒子，其(qi)功能(neng)就會喪失(shi)。
美(mei)國喬治亞州大(da)(da)學物(wu)理學教授馬克·斯托克曼稱，和目前(qian)最(zui)快(kuai)的晶體管相比，spaser雖具有同等的納米尺度，但(dan)其速(su)度要快(kuai)上1000倍，這為制造(zao)速(su)度超快(kuai)的放(fang)大(da)(da)器、邏輯元件和微處理器提供了可能。
諾基諾夫則(ze)表示，spaser不僅能在光(guang)子計算機(ji)領(ling)域找(zhao)到(dao)(dao)用(yong)(yong)武之地，也(ye)能在現今使(shi)用(yong)(yong)常規激(ji)光(guang)器的(de)(de)領(ling)域得到(dao)(dao)應(ying)(ying)用(yong)(yong)。更為現實的(de)(de)應(ying)(ying)用(yong)(yong)領(ling)域就是磁(ci)性(xing)數(shu)據(ju)存儲(chu)(chu)業。現今用(yong)(yong)于硬(ying)盤的(de)(de)磁(ci)性(xing)數(shu)據(ju)存儲(chu)(chu)介質已達到(dao)(dao)其物(wu)理(li)極限，擴展其存儲(chu)(chu)能力的(de)(de)方法之一就是在其記(ji)錄過程中用(yong)(yong)非常小的(de)(de)光(guang)點(dian)對介質進行加(jia)熱，而(er)這(zhe)必(bi)須使(shi)用(yong)(yong)納(na)米激(ji)光(guang)器才(cai)能做到(dao)(dao)。
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