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全球首個全碳等離子激光器問世

                                                                           2014-04-21

 

  澳大利亞莫納什大學的科學家日前在《美國化學會·納米》雜志上撰文稱,他們研發出了全球首個完全由碳基材料制成的等離子激光器。該技術有望在提高運行速度的同時,徹底改變電子產品的外形。未來,如名片般輕薄柔軟的手機甚至能被直接印制在衣服上。

  等離子激光器的大名叫表面等離子體激元納米激光器(spaser),實際上是一種高效的納米光源。它能夠通過自由電子的振動發出光束,而不像傳統激光器那樣需要電磁波和占用巨大的空間。傳統激光器的運行需要放大光子,而等離子激光器則是通過放大表面等離子體。等離子體的運用能夠使其突破傳統激光器的限制,速度更快、體積更小,讓超高分辨率成像和微型光學電路成為現實。有研究稱,這種電路比目前最快的矽基電路還要快上百倍。

  負責此項研究的莫納什大學電子和計算機系統工程學院(ECSE)博士蓋魯帕辛哈稱,與半導體等離子激光器相比,碳基等離子激光器還將提供更多優勢。

  蓋魯帕辛哈說:“目前傳統的等離子激光器大部分由金、銀等金屬納米顆粒和半導體量子點制成,而我們的設備則由石墨烯諧振器和碳納米管增益元件組成。使用碳意味著,這種激光器的效率更高、更柔軟便攜,能夠在高溫下工作,並且更加環保。根據這些特性,未來有望制造出能夠直接印制在衣服上的微型手機。目前研究人員已經在納米天線、電導體和波導上進行了測試。”

  物理學家組織網發表在4月17日的一篇文章稱,這項新研究還首次證實了石墨烯和碳納米管之間可以交互並通過光進行能量傳遞。這種基於光的傳導,速度極快還非常節能,特別適用於制造計算機芯片。因為具有極其卓越的機械、電氣和光學性能,而且還是優良的熱穩定材料,能夠承受高溫,石墨烯和碳納米管能夠完全勝任很多高效、輕量級的應用。以該技術為基礎的高速芯片可以被用來替代目前大量使用的、基於晶體管的裝置,如微處理器、存儲器和顯示器等。新技術能夠輕易突破矽基材料目前所面臨的小型化和带寬瓶頸。

  蓋魯帕辛哈說,除了在計算機領域的應用外,這種激光器還有望在癌症的放射療法上獲得應用,結合納米標記技術,石墨烯和碳納米管產生的高強度電場能將癌細胞各個擊破,而不傷及健康細胞。此外,在分子檢測和高靈敏度生物醫學測試上該技術也能一顯身手。

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