ساخت نوع جديدِ ليزر كوانتومي آبشاري نانوآنتن‌دار

 

گروهي از محققان دانشگاه هاروارد موفق به ساخت ليزري از نوع کوانتومي آبشاري( QC ) شده‌اند كه تعيين ترکيب شيميايي نمونه‌ها( و حتي جزئيات بي‌سابقه‌اي از درون سلول ) را ممكن ساخته‌است.
اين ليزرها اولين بار در سال 1994 و در آزمايشگاه‌هاي بل اختراع و رونمايي شد. اين ليزرهاي نيمه‌رسانا و فشرده (که هم‌اکنون به‌طور تجاري در دسترس قرار گرفته‌اند ) از لايه هاي نانومتري ضخيم و به هم چسبيده‌اي از مواد نيمه‌رسانا که روي يکديگر قرار مي‌گيرند، ساخته شده‌اند. با تغيير ضخامت اين لايه‌ها و طراحي مناسب آن مي‌توان طول موج اين ليزر را مطابق نياز و براي کاربردهاي خاص سفارشي تنظيم کرد.
اين ليزر که کاربردهاي بالقوه و گسترده‌اي در شيمي، زيست‌شناسي و پزشکي دارد، در موارد متعددي از جمله پايش آلودگي هوا، حسگري شيميايي، تشخيص‌هاي طبي؛ مانند تحليل تنفس و امنيت داخلي قابل استفاده خواهد بود

  nano laser

اين شکل نشان‌دهنده ابزاري است كه شامل يک آنتن اپتيکي مي‌شود که روي يک ليزر آبشاري نشردهنده نور فروسرخ ـ به طول موج هفت ميکرون ـ قرار گرفته‌است. اين محققان براي ايجاد اين آنتن( دو ميله طلايي هر کدام به طول 2/1 ميکرون و به فاصله صد نانومتر از هم) از روش نانوساخت استفاده کردند و با تابش ليزر به آن، لکه‌هاي درخشاني ـ هفتاد بار کوچک‌تر از طول موج ليزرـ به وجود آمد. در اين شکل ميکروگرافي ـ که با ميکروسکوپ الکتروني از رويه اين ليزر آبشاري گرفته شده ـ نانوآنتن درون آن قابل مشاهده است، همچنين تصوير توپوگرافي اين آنتن که با ميکروسکوپ نيروي اتمي گرفته شده‌است و نيز تصوير اپتيکي به دست‌آمده از آن را ـ كه با ميکروسکوپ روبشي اپتيکي ميدان نزديک تهيه شده‌است و در آن لکه‌هاي درخشان موضعي در شکاف اين آنتن ديده مي‌شود ـ نيز مي‌توان ديد.
اين ليزر از دو ميله طلايي( آنتن اپتيکي ) ـ که با يک شکاف نانومتري از هم جدا شده و روي يک ليزر کوانتومي آبشاري قرار گرفته‌اند ـ تشکيل مي‌شود. اين نانوآنتن لکه‌هاي نوري نانومتري‌اي حدود صد برابر کوچک‌تر از طول موج ليزر را ايجاد کرده که از بررسي آنها تصوير شيميايي سطح نمونه با دقت فضايي بسيار زيادي به دست مي‌آيد .
هم‌اکنون تلاش‌هاي زيادي براي توليد ميکروسکوپ‌هاي روي ميزي که بتوانند دقتي به مراتب بيش از طول موج‌هاي لازم را براي تصويربرداري از مواد داشته باشند و به‌خصوص از نمونه‌هاي بيولوژيکي ـ که اطلاعاتي از ترکيبات شيميايي در مقياس نانومتري به ما مي دهند ـ صورت گرفته‌است.
با توجه به محدوديت اپتيک و چشمه‌هاي نوري موجود، دقت ميکروسکوپ‌هاي فروسرخ پرکاربرد کنوني فقط تا حد همان طول موج است.
ميکروسکوپ‌هاي ميدان نزديک فروسرخ هم اگرچه از قدرت تفکيک فضايي فوق‌العاده بالايي برخوردارند؛ اما کاربرد آنها بسيار محدود و منحصر به ليزرهاي توده‌‌اي است؛ البته با گستره طول موجي و قابليت تنظيم بسيار محدود.
اما فناوري ابداعي اين دانشمندان براي اولين بار ابزاري بسيار فشرده‌اي را به وجود آورده که به کمک آن مي‌توان ميکروسکوپ‌هايي با دقت فضايي فوق‌العاده بالا براي تعيين ترکيبات شيميايي مواد و نمونه ها بيولوژيکي در مقياس نانومتري داشت.
گفتني است اين طرح با حمايت مالي دايره تحقيقات علمي نيروي هوايي و بنياد ملي علوم انجام شده وگزارشي از آن در شماره 22 اکتبر نشريه Applied Physics Letters به چاپ رسيده‌است

منبع