Microlaser nhỏ nhất thế giới

Các nhà vật lí tại trường đại học ETH-Zurich (Thụy Sĩ) vừa phát triển một loại laser mới phá vỡ ranh giới của mọi khả năng: nó là laser bơm điện nhỏ nhất thế giới và một ngày nào đó có thể làm cách mạng hóa công nghệ chip máy tính.

alt

Bộ phận chính của microlaser mới là bộ cộng hưởng điện, gồm hai tụ điện hình bán nguyệt nối với nhau qua một cuộn cảm (ở đây là ảnh chụp hiển vi điện tử quét). Cường độ màu sắc biểu diễn cường độ điện trường; còn bản thân màu sắc thì tiêu diễn sự phân cực. (Ảnh: ETH Zurich)

Mất một năm rưỡi để đi từ ý tưởng đến sự hiện thực hóa của nó; khoảng thời gian mà Christoph Walther, một nghiên cứu sinh tiến sĩ thuộc Nhóm Quang điện tử học Lượng tử tại trường ETH Zurich, trải qua nhiều ngày lẫn đêm không nghỉ tại phòng thí nghiệm FIRST. Đấy là vì cơ ngơi tiện nghi, tiên tiến của trường ETH Zurich đã mang lại cho ông những điều kiện lí tưởng để lập một kỉ lục mới trong ngành công nghệ laser: nhà vật lí trên đã nhập bọn với bốn đồng nghiệp và đã phát triển laser bơm điện nhỏ nhất thế giới tính cho đến nay.

Nhỏ hơn nhiều so với bước sóng của nó

Nó dài 30 micromét – 30 phần triệu của một mét – cao 8 micromét và có bước sóng 200 micromét. Điều này khiến cho laser trên nhỏ hơn đáng kể so với bước sóng của ánh sáng mà nó phát ra – một thành tựu khoa học số một. Sau hết thảy, các laser thường không thể nhỏ hơn bước sóng của chúng, lí do là vì trong những laser thông thường, sóng ánh sáng làm cho một bộ cộng hưởng quang dao động – giống hệt như sóng âm làm trong hộp âm của đàn ghita. Khi làm như vậy, sóng ánh sáng về cơ bản “truyền” tới lui giữa hai cái gương. Nguyên tắc trên chỉ hoạt động nếu như hai cái gương lớn hơn bước sóng của laser. Hệ quả là các laser thông thường bị hạn chế bởi kích cỡ của chúng.

Những nhà nghiên cứu khác đã cố gắng đẩy lùi những hạn chế đó; “Nhưng bằng cách phát triển một khái niệm laser hoàn toàn mới, chúng tôi đã có thể tiến gần đến một giải pháp vượt dưới giới hạn đó”, Christoph Walther nói.

Lấy cảm hứng từ điện tử học

Trong khi phát triển khái niệm laser của họ, Christoph Walther và một số bạn bè thuộc nhóm của ông, dưới sự cố vấn của Jérôme Faist, vị giáo sư trưởng Viện Điện tử học Lượng tử ở trường ETH Zurich, đã được truyền cảm hứng bởi điện tử học. “Thay cho các bộ cộng hưởng quang thông thường, chúng tôi sử dụng một mạch cộng hưởng điện gồm một cuộn cảm và hai tụ điện”, Walther giải thích. Ánh sáng “bị bắt” một cách hiệu quả trong đó và cảm ứng thành những dao động điện từ tự duy trì tại chỗ sử dụng một bộ khuếch đại quang học.

“Điều này có nghĩa là kích cỡ của bộ cộng hưởng không còn bị hạn chế bởi bước sóng của ánh sáng và có thể, trên nguyên tắc – và đó là cái làm cho nó khá đặc biệt – thu nhỏ xuống bất kì kích cỡ nào mà bạn muốn”. Khía cạnh này làm cho microlaser đặc biệt hấp dẫn đối với các nhà sản xuất chip – là một thay thế quang học cho transistor. “Nếu chúng ta chế ngự được việc nhại theo các transistor có cùng kích cỡ bằng các microlaser, thì một ngày nào đó chúng có thể được sử dụng để chế tạo những con chip điện-quang với mật độ cực kì cao của các linh kiện điện và quang”, Christoph Walther nói. Có thể một ngày nào đó, những con chip này sẽ tăng tốc đáng kể sự trao đổi dữ liệu trên các bộ vi xử lí.

Tham khảo: Walther C, Scalari G, Amanti MI, Beck M, Faist J. Microcavity Laser Oscillating in a Circuit-Based Resonator. Science, 19/3/2010: Vol. 327. No. 5972, pp. 1495 - 1497. doi:10.1126/science.1183167

Theo PhysOrg.com


Vui lòng ghi rõ "Nguồn Thuvienvatly.com" khi đăng lại bài từ CTV của chúng tôi.

Nếu thấy thích, hãy Đăng kí để nhận bài viết mới qua email
Tin tức vật lý
Tạo bảng điểm online

Thêm ý kiến của bạn

Security code
Refresh

Các bài khác


Thiên hà M106
22/06/2019
Nổi bật trong bức ảnh cảnh quan vũ trụ này là thiên hà xoắn ốc lớn, đẹp rạng ngời, Messier 106. Góc nhìn rộng gần hai
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 40)
21/06/2019
Năng lượng ion hóa Năng lượng ion hóa là năng lượng cần thiết để loại bỏ một electron ra khỏi một nguyên tử cô lập trong
Bảng tuần hoàn hóa học tốc hành (Phần 39)
21/06/2019
Điểm nóng chảy và điểm sôi Điểm nóng chảy và điểm sôi là nhiệt độ tại đó các chất biến đổi trạng thái – tương
Trung tâm từ trường của Ngân Hà
20/06/2019
Từ trường ở vùng trung tâm thiên hà Ngân Hà (Milky Way) của chúng ta trông như thế nào? Để trả lời câu hỏi này, đài quan
NGC 4676: Đôi Chuột Mờ Sương
20/06/2019
Hai thiên hà mờ sương này đang hút lấy nhau. Gọi là The Mice (Song Tý) vì chúng đều có đuôi dài, mỗi thiên hà xoắn ốc lớn
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 8)
20/06/2019
ĐỊNH NGHĨA CHO Ý THỨC Tôi đã lấy chút ít mảnh nhỏ từ các mô tả trước đây về ý thức trong các lĩnh vực thần kinh và
Tương lai của tâm trí - Michio Kaku (Phần 7)
20/06/2019
AI CHỊU TRÁCH NHIỆM? Một người đã dành nhiều thời gian và thực hiện nhiều nghiên cứu để hiểu được vấn đề của tiềm
Vật lí Lượng tử Tốc hành (Phần 58)
19/06/2019
Sao quark Các sao neutron được chống đỡ kháng lại lực hấp dẫn bởi một lực gọi là áp lực suy thoái neutron. Tính chất

Chúng tôi hiện có hơn 60 nghìn tài liệu để bạn tìm

360 độ

Vật lý 360 độ là trang tin nhanh, trao đổi chuyên đề vật lý và các khoa học khác cũng như các nội dung liên quan đến dạy và học.
Hi vọng các bạn giúp chúng tôi bằng cách đăng kí làm CTV.
Liên hệ: banquantri@thuvienvatly.com