Bemutatták a világ legkisebb lézerét, mely szilícium-dioxid gömbbe foglalva 44 nanométer átmérőjű, azaz körülbelül 10-szer kisebb, mint a látható fény hullámhossza. Ez azonban nem közönséges lézer, ez az első "szpézer".

Maga a szpézer (spaser) szó a "surface plasmon amplification by stimulated emission of radiation" angol kifejezés rövidítése, tehát abban különbözik a lézertől, hogy nem fotonokat, hanem úgynevezett plazmonokat használ. A plazmon a plazmarezgés kvantuma, olyan kvázirészecske, mely sok tulajdonságában a fotonra emlékeztet. Míg a lézer - tükrökkel ellátott üreg felhasználásával - a fényt erősíti, addig a szpézer a plazmonokkal - a fémek felszínén levő szabad elektronok sűrűségének apró, fényt kibocsátó oszcillációival - teszi ugyenezt.

A szpézert a mikroszkóptechnikában és a nano-litográfiában lehet felhasználni. Egyes optikai mikroszkópok szpézeres fényforrással nagyobb felbontásra lesznek képesek, mint a hagyományos fénymikroszkópok. A szpézeres nanolitográfiával emberi hajszál vastagságánál is finomabb minták nyomtatása is megoldható lesz. A készülék a nanoméretű áramkörök felé is megnyitja az utat, ezek több ezerszer gyorsabban dolgozzák majd fel az információkat, mint a mikroelektronikai chipek a mai számítógépek belsejében.

"Ez a munka kiemelt jelentőségű" - mondja Mark Stockman (Georgia State University, Atlanta), aki David Bergmannal (Tel Aviv University, Izrael) együtt 2003-ban dolgozta ki a szpézer elvét. "A szpézer a lehető legkisebb kvantumerősítő, nanoméretű optikai mezők létrehozója - nélküle a nanoplazmonika a mikroelektronikához hasonlóan tranzisztor nélkül maradna."

A határ áttörése

Az erős fény a fém-nanorészecskéken a sajátjáéval egyező frekvenciájú felszíni plazmonokat kelt. Azonban amíg a fényt nem lehet a hullámhossza felénél kisebb térrészre fókuszálni, a plazmonok kiterjedése ennél sokkal kisebb is lehet, és így ez a "diffrakciós határ". A probléma eddig az volt, hogy a felszíni plazmon-oszcillációk túl gyorsan lecsengtek ahhoz, hogy a gyakorlatban használni lehetett volna őket.

Mihail Noginov, a Norfolk State University (Virginia) anyagtudósa és munkatársai már képesek arany nanorészecskék felszíni plazmonjainak kibocsátását erősíteni úgy, hogy lézerszerű fény keletkezzen. Az arany nanorészecskék "Oregon Green 488" márkanevű szerves festéket, fluoreszceinszármazékot tartalmazó szilícium-dioxid héjba vannak zárva. A nanorészecskéken az erős fény gerjeszti a festék molekuláit, és azok energiát adnak át a környező elektronoknak, így felszíni plazmon-oszcillációk alakulnak ki. Ezek a rezgő elektromos töltések 531 nanométeres hullámhosszú zöldes (lézer)fényt sugároznak ki.

A nanorészecskék a lézerberendezéstől eltérően nem keskeny nyalábban sugározzák ezt a fényt, hanem minden irányban. Vladimir Shalaev (Purdue Egyetem West Lafayette, Indiana) társszerző hozzáteszi, hogy bár a szpézerből eredő fény hullámainak hegyei és völgyei együtt kell hogy fussanak - azaz a fénynek koherensnek kell lennie, ami a lézerfény kulcsfontosságú tulajdonsága - a csapat még nem igazolta ezt.

Szerves lépés

Nyikolaj Zseludev (Optoelectronics Research Centre, Southampton University, Nagy Britannia) fizikus szerint - aki munkatársaival együtt nemrég mutatott be egy hangolható, nanoméretű, szabad elektronok által gerjesztett fényforrást - a nagy biokémiai vizsgálatok és biztonsági jelölés területén lehet majd alkalmazni az eredményeket, ahol a szpézer keskeny spektrális kimenete nagyobb cédulázási teljesítményt tesz lehetővé, mint a meglévő félvezető ún. kvantumpont emitterek.

Ezek az alkalmazások nem távoliak, mondja az amerikai csapat. Noginov azonban úgy gondolja, hogy a szpézernek a koherens felületi plazmont létrehozó képessége talán még a nanolézerként való felhasználásánál is fontosabb, és a szpézer az ultragyors nanoelektronika új generációjának előhírnöke lehet. A kutatók plazmonikus áramköri elemeket állítottak elő, melyek drótokként szolgálnak, de a szpézer most az erősítők és a generátorok továbbfejlesztését is lehetővé teszi.

Ahhoz azonban, hogy szpézer hasznos legyen a számítástechnikában, a kutatóknak meg kell találni a módját, hogy elektromosan, inkább félvezetőt, mint fény használva gerjesszen szerves festéket. Ez lehetővé tenné, hogy a szpézer és a fotonikus nanoáramkör integrálását. Stockman szerint körülbelül egy év van az ilyen eszközök megjelenéséig. "Már létezik nanolézer elektromos gerjesztéssel, ennek kiterjesztése a szpézerrel nagyon reális" - mondja.

Posztobányi Kálmán