ساخت نوع جدیدِ لیزر کوانتومی آبشاری نانوآنتن‌دار
ساعت ٥:۳٧ ‎ب.ظ روز چهارشنبه ۱٥ اسفند ،۱۳۸٦  

ساخت نوع جدیدِ لیزر کوانتومی آبشاری نانوآنتن‌دار

 

گروهی از محققان دانشگاه هاروارد موفق به ساخت لیزری از نوع کوانتومی آبشاری( QC ) شده‌اند که تعیین ترکیب شیمیایی نمونه‌ها( و حتی جزئیات بی‌سابقه‌ای از درون سلول ) را ممکن ساخته‌است.
این لیزرها اولین بار در سال 1994 و در آزمایشگاه‌های بل اختراع و رونمایی شد. این لیزرهای نیمه‌رسانا و فشرده (که هم‌اکنون به‌طور تجاری در دسترس قرار گرفته‌اند ) از لایه های نانومتری ضخیم و به هم چسبیده‌ای از مواد نیمه‌رسانا که روی یکدیگر قرار می‌گیرند، ساخته شده‌اند. با تغییر ضخامت این لایه‌ها و طراحی مناسب آن می‌توان طول موج این لیزر را مطابق نیاز و برای کاربردهای خاص سفارشی تنظیم کرد.
این لیزر که کاربردهای بالقوه و گسترده‌ای در شیمی، زیست‌شناسی و پزشکی دارد، در موارد متعددی از جمله پایش آلودگی هوا، حسگری شیمیایی، تشخیص‌های طبی؛ مانند تحلیل تنفس و امنیت داخلی قابل استفاده خواهد بود

  nano laser

این شکل نشان‌دهنده ابزاری است که شامل یک آنتن اپتیکی می‌شود که روی یک لیزر آبشاری نشردهنده نور فروسرخ ـ به طول موج هفت میکرون ـ قرار گرفته‌است. این محققان برای ایجاد این آنتن( دو میله طلایی هر کدام به طول 2/1 میکرون و به فاصله صد نانومتر از هم) از روش نانوساخت استفاده کردند و با تابش لیزر به آن، لکه‌های درخشانی ـ هفتاد بار کوچک‌تر از طول موج لیزرـ به وجود آمد. در این شکل میکروگرافی ـ که با میکروسکوپ الکترونی از رویه این لیزر آبشاری گرفته شده ـ نانوآنتن درون آن قابل مشاهده است، همچنین تصویر توپوگرافی این آنتن که با میکروسکوپ نیروی اتمی گرفته شده‌است و نیز تصویر اپتیکی به دست‌آمده از آن را ـ که با میکروسکوپ روبشی اپتیکی میدان نزدیک تهیه شده‌است و در آن لکه‌های درخشان موضعی در شکاف این آنتن دیده می‌شود ـ نیز می‌توان دید.
این لیزر از دو میله طلایی( آنتن اپتیکی ) ـ که با یک شکاف نانومتری از هم جدا شده و روی یک لیزر کوانتومی آبشاری قرار گرفته‌اند ـ تشکیل می‌شود. این نانوآنتن لکه‌های نوری نانومتری‌ای حدود صد برابر کوچک‌تر از طول موج لیزر را ایجاد کرده که از بررسی آنها تصویر شیمیایی سطح نمونه با دقت فضایی بسیار زیادی به دست می‌آید .
هم‌اکنون تلاش‌های زیادی برای تولید میکروسکوپ‌های روی میزی که بتوانند دقتی به مراتب بیش از طول موج‌های لازم را برای تصویربرداری از مواد داشته باشند و به‌خصوص از نمونه‌های بیولوژیکی ـ که اطلاعاتی از ترکیبات شیمیایی در مقیاس نانومتری به ما می دهند ـ صورت گرفته‌است.
با توجه به محدودیت اپتیک و چشمه‌های نوری موجود، دقت میکروسکوپ‌های فروسرخ پرکاربرد کنونی فقط تا حد همان طول موج است.
میکروسکوپ‌های میدان نزدیک فروسرخ هم اگرچه از قدرت تفکیک فضایی فوق‌العاده بالایی برخوردارند؛ اما کاربرد آنها بسیار محدود و منحصر به لیزرهای توده‌‌ای است؛ البته با گستره طول موجی و قابلیت تنظیم بسیار محدود.
اما فناوری ابداعی این دانشمندان برای اولین بار ابزاری بسیار فشرده‌ای را به وجود آورده که به کمک آن می‌توان میکروسکوپ‌هایی با دقت فضایی فوق‌العاده بالا برای تعیین ترکیبات شیمیایی مواد و نمونه ها بیولوژیکی در مقیاس نانومتری داشت.
گفتنی است این طرح با حمایت مالی دایره تحقیقات علمی نیروی هوایی و بنیاد ملی علوم انجام شده وگزارشی از آن در شماره 22 اکتبر نشریه Applied Physics Letters به چاپ رسیده‌است

منبع


کلمات کلیدی: