Поляритонный лазер заработал при комнатной температуре

Физики из Великобритании и Швейцарии продемонстрировали поляритонный лазер, работающий при комнатной температуре. Новый лазер потребляет в десять раз меньше энергии, чем обычный твердотельный лазер.

Открытие физиков позволит создать новые источники когерентного света слабой интенсивности и с очень низким потреблением энергии для систем оптического хранения данных.

Поляритоны - составные квазичастицы, возникающие при взаимодействии фотонов и элементарных возбуждений среды (экситонов). Экситоны, в свою очередь, являются дипольными квазичастицами, состоящими из пары "электрон-дырка".

Излучение поляритонного лазера возникает при рассеянии пар поляритонов. Рассеяние стимулируется излучением отдельного лазера накачки. Однако, в отличие от обычных твердотельных лазеров, которые потребляют много энергии, поскольку требуется перевод большинства валентных электронов в зону проводимости, для работы поляритонных лазеров энергетические затраты совсем невелики.

Строго говоря, новое устройство и не является лазером, в нем нет усиления света за счет вынужденного излучения, как у всех других лазеров. Однако поляритонный лазер излучает когерентный монохроматический свет.

До сих пор поляритонные лазеры работали при температуре около 200 К. Джереми Баумбергу (Jeremy Baumberg) из университета в Саутгемптоне и его коллегам из Англии и Швейцарии удалось создать лазер, работающий при 300 К.

В новом лазере полупроводник образует микрорезонаторную структуру, в которой слой широкозонного полупроводника нитрида галлия GaN толщиной в несколько сот нанометров расположен между двумя слоями отражающего материала. Размер резонатора выбран таким образом, чтобы ультрафиолетовое излучение определенной длины волны вызывало образование поляритонов в слое GaN при отражении от нижнего и верхнего зеркала.

GaN выбран в качестве рабочей среды для формирования поляритонов, поскольку у него очень высокая энергия связи экситонов. Работа по созданию лазера потребовала почти пяти лет. Десятикратное снижение потребление энергии, достигнутое в поляритонном лазере - еще не предел, считают ученые.

Д-р Баумберг считает также, что поляритоны, полученные в микрорезонаторах с нитридом галлия, могут образовывать при комнатной температуре конденсаты Бозе-Эйнштейна, которые раньше наблюдали лишь при температурах, близких к абсолютному нулю, для других полупроводников, сообщает PhysicsWeb.