Ученые разработали эффективные лазеры размером с пылинку
Исследователи НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге нашли способ создать эффективные микролазеры диаметром всего 5–8 микрометров. Они работают при комнатной температуре, не требуют охлаждения и могут встраиваться в микросхемы. Ученые использовали эффект шепчущей галереи для удержания света и буферные слои для снижения утечек энергии и напряжений. Подход перспективен для интеграции лазеров в чипы, сенсоры и квантовые технологии. Исследование опубликовано в «Письмах в Журнал технической физики».
Устройства вокруг нас становятся все компактнее и при этом не теряют функциональности. Смартфоны решают задачи, для которых раньше требовался компьютер, а небольшие камеры снимают почти как профессиональные. Миниатюризация коснулась и лазеров — источников направленного светового излучения, которые встраивают в оптические чипы, сенсоры, медицинские приборы и системы связи.
Но уменьшить лазер, сохранив его оптические свойства, эффективность и надежность, непросто. Разработка лазера размером 5–8 микрометров (примерно как диаметр эритроцита) требует сложных расчетов, а его производство — высокой точности. Главная трудность — в устройстве самого лазера. В отличие от обычных источников света, лазеры усиливают излучение внутри резонатора — структуры, где свет многократно отражается и усиливается. И чем компактнее лазер, тем сложнее удержать внутри него свет так, чтобы он многократно отражался, усиливался и не терял энергию — именно это важно для его стабильной работы.
Другая сложность — дефекты в материале. В лазерах используются кристаллы, способные усиливать свет. Но при их выращивании часто возникают микроскопические дефекты, которые снижают эффективность генерации света. Чтобы свести такие нарушения к минимуму, ученые тщательно подбирают условия синтеза и заранее моделируют свойства кристаллов в разных режимах. При этом решение одной проблемы нередко вызывает появление других, и разработка лазеров превращается в постоянный поиск баланса.
Ученые НИУ ВШЭ создали микролазеры диаметром всего 5–8 микрометров, работающие при комнатной температуре. Они использовали кристаллическую структуру из соединений индия, галлия, азота и алюминия, выращенную на кремниевой подложке. Для удержания света в крошечном пространстве ученые применили эффект шепчущей галереи.
Эдуард Моисеев
«Это явление известно в акустике: в некоторых храмах и соборах можно прошептать слова у одной стены, и звук будет отчетливо слышен у противоположной стены, несмотря на то что в обычных условиях звук не распространился бы на такое расстояние. Аналогичный эффект позволяет свету многократно отражаться внутри дискового микролазера, благодаря чему потери минимизируются», — объясняет старший научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Эдуард Моисеев.
Однако даже при таких условиях световые волны могут частично уходить в подложку и теряться. Чтобы этого избежать, исследователи добавили ступенчатый буферный слой. Он компенсирует механические напряжения между кремнием и нитридными слоями, а также снижает утечку излучения, позволяя лазеру стабильно работать даже при небольших размерах.
Наталья Крыжановская
«Наши микролазеры стабильно работают при комнатной температуре, без систем охлаждения, что делает их удобными для реального использования. В будущем такие устройства позволят создавать более компактные и энергоэффективные оптоэлектронные приборы», — объясняет заведующая Международной лабораторией квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Наталья Крыжановская.
Статья подготовлена в ходе проведения исследования в рамках проекта «Международное академическое сотрудничество» НИУ ВШЭ.
Вам также может быть интересно:
НИУ ВШЭ начал разработку отечественных технологий связи 6G на базе субтерагерцовой микрорадиоэлектроники
В Высшей школе экономики стартовали масштабные научно-инженерные работы по созданию отечественных технологий для перспективных систем связи шестого поколения (6G). Работы ведутся командой стратегического технологического проекта «Комплекс технологий доверенных систем связи 6G», реализуемого в рамках программы «Приоритет-2030».
Вышка исследует потребности глухих
В последнее воскресенье сентября в мире традиционно отмечается День глухих. В этом году факультет социальных наук (ФСН) Высшей школы экономики присоединился к празднику и совместно с Московской городской организацией Всероссийского общества глухих (МГО ВОГ) запустил исследование потребностей глухих и слабослышащих москвичей в социальных услугах и доступности среды.
НИУ ВШЭ и компании-партнеры скоординировали подходы к подготовке специалистов топ-уровня в сфере ИИ
В НИУ ВШЭ прошла встреча с представителями Сбера, Яндекса и VK для согласования подходов к подготовке специалистов топ-уровня в сфере искусственного интеллекта. В частности, договорились о регулярном обновлении образовательных программ с учетом новейших решений и разработок компаний-партнеров. Участники встречи обсудили текущий статус проекта, содержание образовательных программ и механизмы взаимодействия для обеспечения достижения показателей эффективности созданного в университете Центра организации обучения студентов для топ-специалистов в сфере искусственного интеллекта НИУ ВШЭ.
В Высшей школе экономики открылась межфакультетская Музейная лаборатория
Вышка запустила межфакультетскую Музейную лабораторию, которая станет устойчивым центром экспертной поддержки в сфере музейного дела. Ее миссия связана с изменением современных моделей восприятия культуры и трансформацией институциональной среды. Лаборатория специализируется на модернизации музейных практик и повышении престижа музеев, формируя пространство для профессионального диалога и внедрения инноваций.
Физики предложили новый механизм усиления сверхпроводимости с помощью «квантового клея»
Команда исследователей с участием сотрудников МИЭМ ВШЭ показала, что дефекты в материале могут не снижать, а, наоборот, усиливать сверхпроводимость. Это возможно благодаря взаимодействию дефектных и более чистых областей, которое образует «квантовый клей» — однородную компоненту, связывающую разрозненные сверхпроводящие участки в единую сеть. Расчеты подтвердили, что такой механизм может помочь в создании сверхпроводников, работающих при более высоких температурах. Исследование опубликовано в журнале Communications Physics.
30 студентов из 19 университетов приняли участие в исследовательской экспедиции НИУ ВШЭ в «Новом Херсонесе»
В рамках программы студенческих экспедиций «Открываем Россию заново» при поддержке программы Росмолодежи «Больше, чем путешествие», президентской платформы «Россия — страна возможностей», а также Симферопольской и Крымской епархии НИУ ВШЭ на базе Школы молодого гуманитария провела исследовательскую экспедицию на территории музейно-храмового комплекса «Новый Херсонес» в Севастополе. По ее итогам будут разработаны предложения по организации просветительских проектов в области формирования исторической памяти молодежи о роли Херсонеса, Крыма и византийского наследия в истории российской культуры и государственности.
Большие группы студентов эффективнее используют ИИ в обучении
Исследователи Института образования и факультета экономических наук НИУ ВШЭ узнали, от каких факторов зависит качество групповой работы студентов, когда они выполняют ее в сотрудничестве с ИИ. Оказалось, что, помимо уровня знаний команды, важен размер группы: чем она больше, тем эффективнее работа. Статья ученых опубликована в журнале Innovations in Education and Teaching International.
Завершила работу Первая Кавказская школа по экспериментальным исследованиям и когнитивным наукам
С 17 по 21 сентября на базе «Горная легенда» Адыгейского государственного университета прошла Первая Кавказская школа по экспериментальным исследованиям и когнитивным наукам. Организаторами мероприятия выступили Лаборатория экспериментальной лингвистики АГУ, Центр языка и мозга и Центр социокультурных и этноязыковых исследований НИУ ВШЭ. Школа собрала более 50 участников — студентов, аспирантов и молодых исследователей из разных регионов России, а также слушателей и спикеров из Франции, Сербии, Китая, Турции, Казахстана и Узбекистана.
Испугать и обмануть: почему люди поддаются на уловки мошенников
В НИУ ВШЭ прошел IX Фестиваль финансовой грамотности и предпринимательской культуры для старшего поколения. Почему люди верят мошенникам и как можно защитить себя и близких от угрозы кражи денег, обсудили эксперты-психологи на дискуссии, состоявшейся в рамках фестиваля.
Бренд-медиа ВШЭ запустило подкаст о профессиях будущего «Кем стать, когда вывезу»
IQ Media — бренд-медиа Высшей школы экономики — запускает новый проект «Кем стать, когда вывезу», посвященный профессиям будущего. В девяти выпусках подкаста эксперты ВШЭ из разных сфер — маркетологи, специалисты по будущему, инженеры, эксперты по кибербезопасности, юристы, биоинформатики — рассказывают о том, чему и где научиться уже сейчас, чтобы быть востребованным в будущем.