Nanopartikel av guld förstärker laserljus – möjlig nyckel till optiska datorer

Ett svensk-tyskt team, där bland annat fysikforskare från Lunds universitet ingår, har undersökt hur nanopartiklar reagerar på laser. Efter flera tidigare lyckade studier valde forskargruppen att undersöka egenskaperna hos partiklar gjorda av metall och halvledare. I ett laboratorium i tyska Ilmenau framställdes en svampliknande nanopartikel av guld vars porer fylldes med zinkoxid genom en metod där olika typer av gas användes. Denna partikel, med en omkrets på några hundra nanometer (miljarddelar av en meter), skickades sedan till Lund Laser Centre där den bestrålades med laser och studerades i fotoemission-elektronmikroskop.

Starkare och mer varaktigt ljus

– Vi kunde för första gången se att ljus sprids slumpmässigt mellan partikelporerna och efter en viss tid koncentreras i små distinkta hotspots där livslängden för ljuset är mycket längre än för partikeln i allmänhet, säger Jan Vogelsang, fysikforskare vid Lunds universitet.

En annan upptäckt som forskarna gjorde var att halvledarmaterialet zinkoxid inte bara fick laserfärgen att ändras från rött till blått. Zinkoxiden bidrog också till att ljusintensiteten som uppstod när de gyllene nanopartiklarna bestrålades blev mycket starkare.

– Detta samband har i princip aldrig tidigare undersökts. Men det som förvånade mig allra mest var hur tydligt vi kunde se hur ljuset i de olika hotspotsen uppförde sig. Jag skulle säga att det var estetiskt vackert, åtminstone för en experimentalist, säger Jan Vogelsang.

Ljuskällor som kan driva datorer

Vad kan då den här upptäckten få för praktiska tillämpningar? Forskarteamet menar att metoden med att erhålla kraftigt ljus genom att bestråla nanopartiklar av metall kan bli användbar i utvecklingen av framtidens optiska datorer. Istället för att använda sig av elektroner, som idag, kan nanopartiklar fungera som små ljuskällor som driver datorerna. En annan möjlig tillämpning kan vara ultrasnabba optiska växlar eller transistorer.

– Jag och mina kollegor arbetar vidare i gränslandet mellan synkrotronstrålningsforskning och atomfysik. Vi hoppas kunna presentera fler intressanta upptäckter och tillämpningar framöver, säger Jan Vogelsang.

Fotnot:

Förutom Lunds universitet har följande lärosäten deltagit i arbetet: Carl von Ossietzky Universität, Oldenburg, och Teknische Universität, Ilmenau.

Vetenskaplig artikel:

Nonlinear plasmon-exciton coupling enhances sum-frequency generation from a hybrid metal/semiconductor nanostructure. Nature Communications.

Kontakt:

Jan Vogelsang, forskare, Fysiska institutionen, Lunds universitet, jan.vogelsang@fysik.lth.se