Forskere fra Norfolk State University i USA har gjort det næsten umulige: fremstillet en laser i nanoskala, der udsender synligt lys.

Opgavens sværhed skyldes, at diffraktionsegenskaber kun gør det muligt at fokusere på synligt lys i områder af mikrometerstørrelse.

Forskergruppen med Mikhail Nogivov i spidsen har omgået denne hindring ved at få en såkaldt "spacer" til at stimulere optisk emission i farvestoffet Oregon Green 488 (OG-488). Resultatet beskrives i en artikel i onlineudgaven af Nature.

Alle kender en "laser", mange har også hørt om en "maser" (en mikrobølgevariant af en laser), men de færreste aner sikkert, hvad en "spacer" er.

På samme mådes som laser er et akronym for "light amplification by stimulated emission of radiation", er spacer et akronym for "surface plasmon amplification by stimulated emisson of radiation".

Plasmoner er partikler, som man inden for metalfysik og overfladefysik knytter til tæthedsvingninger. De er et aktivt forskningsfelt mange steder i verden - også på danske universiteter som DTU.

Forstærkning af overfladeplasmoner i en spacer blev foreslået af David Bergman fra Tel Aviv University i Israel og Mark Stockman fra Georgia State University i USA i en artikel i Physics Review. Men det først nu, at det er lykkedes eksperimentelt at udnytte ideen.

Mikhail Noginovs spacer-nanolaser består af en lille guldkugle på ca. 14 nanometer i diameter, som er omgivet af en silikatskal indeholdende farvestoffet OG-488. Den samlede størrelse af enheden er 44 nanometer, og der er omkring 2.700 farvestofmolekyler i nanokuglen.

Nanokuglerne pumpes med fem nanosekunder lange optiske pulser med en bølgelængde på 488 nanometer. Det giver anledning til overfladeplasmoner på guldkuglen, som inducerer optisk emission i farvestoffet ved en bølgelængde på 531 nanometer.

Når forskerne varierer intensiteten af det påtrykte signal, måler de en karakteristisk variation i output, som det kendes fra lasere, hvor inputenergien skal over et tærskelniveau, før outputenergien varierer lineært med inputenergien.

Resultatet er med Nogikov ord den "mindste nanolaser, der er fremstillet til dato – og til vor viden den første som udsender synligt lys". Han forventer, at den kan føre til materialer og komponenter, der eksempelvis kan bruges til billedbehandling og sensorformål.