Aalto-yliopiston tutkijat ovat löytäneet keinon hallita nanolasereita etäältä. Työkalunaan tutkijat hyödyntävät magneetteja.
Tähän asti nanolasereiden kytkeminen on edellyttänyt niiden suoraa manipuloimista joko mekaanisesti tai lämmön tai valon avulla.
”Osoitimme, että voimme hallita laserointisignaalia ulkoisen magneettikentän avulla. Muuttamalla magneettisten nanorakenteiden ympärillä olevaa magneettikenttää voimme kytkeä laseroinnin päälle ja pois päältä”, kuvailee professori Sebastiaan van Dijken.
Plasmonisten nanolaserien materiaalina käytetään tavallisesti kultaa tai hopeaa. Niiden sijaan Aallon tutkimusryhmä hyödynsi magneettisia koboltti-platinananopartikkeleita, jotka kuvioitiin piidioksidilla eristetyn kultakalvon päälle.
Mittaustulosten analyysi osoitti, että etähallinnan edellytyksiä olivat sekä materiaali että nanopisteiden jaksollinen ryhmittely.
Ultrapienet plasmoniset nanolaserit kehitettiin kymmenisen vuotta sitten. Ne ovat muun muassa parantaneet lääkediagnostiikassa hyödynnettävien bioantureiden herkkyyttä.
Aalto-yliopiston tuoreen tutkimuksen julkaisi Nature Photonics -lehti.
Mullistaa topologista fotoniikkaa
Uusi kytkentämekanismi voi tutkijoiden mukaan osoittautua hyödylliseksi monissa optisia signaaleja hyödyntävissä laitteissa.
Vielä tärkeämpiä tutkimustulokset voivat olla uudella topologisen fotoniikan alalla. Topologinen fotoniikka pyrkii tuottamaan valosignaaleja, jotka eivät ole herkkiä ulkoisille häiriöille ja valmistusvirheille.
”Tarkoituksena on luoda tiettyjä optisia tiloja, joiden ominaisuudet mahdollistavat signaalien kuljettamisen ja suojaamisen häiriöiltä”, van Dijken kertoo.
”Toisin sanoen jos laitteessa on pieniä virheitä tai materiaali hiukan epäpuhdasta, valo voi silti edetä häiriintymättä, koska se on topologisesti suojattu.”
Optisten, topologisesti suojattujen signaalien luominen magneettisten materiaalien avulla on tähän asti edellyttänyt vahvoja magneettikenttiä. Aallon tutkimus osoittaa, että magneettiset efektit voivat olla yllättävän suuria, kun käytetään tietynlaisen symmetrian mukaan järjestettyjä nanopartikkeleita.
Tutkijat uskovat, että löydöt voivat johtaa uusiin topologisesti suojattuihin nanoskaalan signaaleihin.
”Tavallisesti magneettiset materiaalit aiheuttavat vain hyvin vähäisiä muutoksia valon käyttäytymiseen. Näissä kokeissa pystyimme tuottamaan hyvin merkittäviä muutoksia optiseen vasteeseen – jopa 20 prosenttia. Tämä on ennennäkemätöntä”, van Dijken sanoo.
(Kuva Aalto-yliopisto) Nanolaser kytkettynä päälle ulkoisen magneettikentän avulla. Vasemmalla tarkennettuna yksittäinen nanopartikkeli ja magneettikenttä sen ympärillä.
