Investigadores de la Universidad Tecnológica de Kaunas (KTU), Lituania y científicos de Japón han desarrollado un nanoláser único. Aunque el tamaño de este láser es tan pequeño que su estructura sólo puede verse con un potente microscopio, su potencial es enorme. Con aplicaciones en diagnósticos médicos tempranos, comunicaciones de datos y tecnología de seguridad, el descubrimiento podría convertirse en una herramienta clave para estudiar la interacción de la luz y la materia.
Dependiendo de la aplicación, los láseres se diferencian en la forma de amplificar y producir luz, lo que determina el color de la radiación y la calidad del rayo láser.
“Los nanoláseres son láseres que utilizan estructuras un millón de veces más pequeñas que un milímetro para generar y amplificar la luz, y la radiación láser se produce en un volumen de material extremadamente pequeño”, dijo el Dr. Mindgas Zuodenas, uno de los autores del descubrimiento.
El principio de funcionamiento de un láser es similar al de una sala de espejos.
Estos nanoláseres se investigan y desarrollan desde hace algún tiempo. Sin embargo, la versión de los científicos del KTU es única en su proceso de fabricación. Utiliza nanocubos de plata, que están cuidadosamente dispuestos sobre una superficie y llenos de un material ópticamente activo. Esto crea el mecanismo necesario para amplificar la luz y crear el efecto láser.
“Los nanocubos de plata son partículas de plata monocristalinas extremadamente pequeñas con excelentes propiedades ópticas. Son una parte esencial de los nanoláseres que hemos desarrollado”, dijo el investigador Zuodenas del Instituto de Ciencia de Materiales de KTU.
Los nanocubos se sintetizan mediante un proceso único desarrollado por socios de KTU en Japón, lo que garantiza su forma y calidad precisas. Luego, estos nanocubos se organizan en una estructura bidimensional mediante un proceso de autoensamblaje de nanopartículas. Durante este proceso, las partículas se organizan naturalmente desde un medio líquido sobre una plantilla previamente modelada.
Cuando los parámetros de la plantilla coinciden con las propiedades ópticas de los nanocubos, se produce un fenómeno único llamado resonancia de red superficial, que permite la generación eficiente de luz en un medio ópticamente activo.
Mientras que los láseres convencionales utilizan espejos para crear este fenómeno, el nanoláser inventado por los investigadores del KTU utiliza una superficie con nanopartículas. “Cuando los nanocubos de plata se disponen en un patrón periódico, la luz queda atrapada entre ellos. En cierto modo, el proceso recuerda a una sala de espejos en un parque de atracciones, pero en nuestro caso, los espejos son los nanocubos y los visitantes del parque. . La luz”, explica Zuodenas.
Esta luz “atrapada” eventualmente se acumula hasta que se excede el límite de energía de emisión estimulada, produciendo un intenso haz de luz con un color y una dirección específicos. Zoodenus nos recuerda que la palabra láser es una abreviatura de Amplificación de la luz por emisión estimulada por radiación.Es decir, el proceso descrito anteriormente.
La financiación internacional ayudó a desarrollar el concepto.
Utilizando nanomateriales de alta calidad y fáciles de producir, como los nanocubos de plata, los láseres requieren cantidades récord de energía para funcionar, lo que permite producir láseres en masa.
“Los nanocubos de plata sintetizados químicamente se pueden producir en cientos de mililitros, mientras que su alta calidad nos permite utilizar la tecnología de autoensamblaje de nanopartículas. Aunque su disposición no sea perfecta, sus propiedades lo compensan”, afirma Zuodenas.
Sin embargo, la simplicidad del método en la etapa inicial, que debería haber atraído el interés, desanimó a las agencias lituanas de financiación de la investigación. “Los escépticos se preguntaban si el método sencillo que estábamos utilizando sería capaz de producir una estructura de calidad suficiente para un nanoláser funcional”, recuerda el profesor Sigitas Tamulevicius.
Creyendo firmemente en la calidad del nanoláser que están desarrollando, el equipo del KTU Materials Science Institute recibió financiación de una organización internacional que, según Juodenas, evaluó el concepto como prometedor: “Después de mucho trabajo y muchos experimentos, hemos demostrado que Las matrices incompletas de alta calidad también pueden ser efectivas si se utilizan nanopartículas”.
Una ordenada serie de nanopartículas, también utilizadas en otro invento de los investigadores de KTU para crear marcas antifalsificación, ya recibió reconocimiento internacional y fue aprobada por las oficinas de patentes de Estados Unidos y Japón.
En el futuro, el nanoláser desarrollado por los investigadores del KTU podría utilizarse como fuente de luz en sensores biológicos ultrasensibles para la detección temprana de enfermedades o el seguimiento en tiempo real de procesos biológicos. También se puede aplicar a chips fotónicos en miniatura, tecnología de detección y dispositivos de autenticación, donde la estructura única del haz es crucial. Además, puede respaldar la investigación fundamental sobre cómo interactúa la luz con la materia a nanoescala.