سباسر

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

الليزر البلازموني أو ليزر سبازر هو نوع من الليزر يهدف إلى حصر الضوء على مستوى أصغر من الطول الموجي ، أي أقل بكثير من حد حيود رايلي للضوء ، وذلك عن طريق تخزين جزء من طاقة الضوء في تذبذبات إلكترونية تُسمى بولاريتونات البلازمون السطحي . [ 1 ] [ 2 ] [ 3 ] [ 4 ] [ 5 ] وقد وصف هذه الظاهرة لأول مرة ديفيد ج. بيرغمان ومارك ستوكمان في عام 2003. [ 6 ] وكلمة سبازر هي اختصار لعبارة " تضخيم البلازمون السطحي بواسطة الانبعاث المحفز للإشعاع". [ 6 ] أُعلن عن أولى هذه الأجهزة في عام 2009 من قِبل ثلاث مجموعات بحثية: جسيم نانوي قطره 44 نانومترًا ذو نواة ذهبية محاطة بوسط كسب من السيليكا المصبوغة ، من ابتكار باحثين من جامعات بيردو ونورفولك ستيت وكورنيل، [ 7 ] وسلك نانوي على شاشة فضية من قِبل مجموعة بحثية من جامعة بيركلي، [ 1 ] وطبقة شبه موصلة بسمك 90  نانومترًا محاطة بالفضة ومضخّمة كهربائيًا من قِبل مجموعات بحثية في جامعة أيندهوفن للتكنولوجيا وجامعة ولاية أريزونا. [ 4 ] في حين أثبت فريق بيردو-نورفولك ستيت-كورنيل نمط البلازمون المحصور، أثبت فريقا بيركلي وأيندهوفن-أريزونا ستيت توليد الليزر في ما يُسمى بنمط فجوة البلازمون. في عام 2018، أثبت فريق من جامعة نورث وسترن ليزرًا نانويًا قابلًا للضبط يمكنه الحفاظ على جودة نمطه العالية من خلال استغلال بلازمونات رباعية الأقطاب الهجينة كآلية تغذية راجعة بصرية. [ 8 ]

يُعدّ جهاز "سباسر" مصدرًا مقترحًا للحقول الضوئية على المستوى النانوي ، ويجري البحث فيه في عدد من المختبرات الرائدة حول العالم. ويمكن أن يجد "سباسر" تطبيقات واسعة النطاق، تشمل الطباعة الحجرية النانوية ، وتصنيع الدوائر الضوئية النانوية فائقة السرعة ، والاستشعار الكيميائي الحيوي للجزيئات المفردة، والمجهر. [ 5 ]

من مجلة Nature Photonics : [ 9 ]

السبازر هو النظير النانوبلازموني لليزر ، ولكنه (نظريًا) لا يُصدر فوتونات . وهو يُشابه الليزر التقليدي، إلا أنه في السبازر تُستبدل الفوتونات ببلازمونات سطحية، ويُستبدل تجويف الرنين بجسيم نانوي يدعم الأنماط البلازمونية. وكما هو الحال في الليزر، فإن مصدر الطاقة لآلية السبازر هو وسط نشط (مُضخِّم) يُثار خارجيًا. قد يكون مجال الإثارة هذا بصريًا وغير مرتبط بتردد تشغيل السبازر؛ فعلى سبيل المثال، يمكن للسبازر أن يعمل في نطاق الأشعة تحت الحمراء القريبة ، ولكن يمكن تحقيق إثارة الوسط المُضخِّم باستخدام نبضة فوق بنفسجية . والسبب في أن البلازمونات السطحية في السبازر تعمل بشكل مشابه للفوتونات في الليزر هو أن خصائصها الفيزيائية ذات الصلة متطابقة. أولًا، البلازمونات السطحية هي بوزونات : فهي إثارات متجهة ولها لف مغزلي يساوي 1، تمامًا كما هو الحال في الفوتونات. ثانيًا، البلازمونات السطحية هي إثارات متعادلة كهربائيًا. ثالثًا، تُعدّ بلازمونات السطح أكثر أنواع التذبذبات المادية جماعيةً في الطبيعة، مما يعني أنها الأكثر توافقًا (أي أنها تتفاعل فيما بينها بشكل ضعيف جدًا). ​​ولذلك، يمكن لبلازمونات السطح أن تخضع للانبعاث المحفز، متراكمةً في نمط واحد بأعداد كبيرة، وهو الأساس الفيزيائي لكل من الليزر والسبيزر.

تشير دراسة النموذج الكمي الميكانيكي لجهاز spaser إلى أنه من الممكن تصنيع جهاز spasing مماثل في وظيفته لترانزستور MOSFET ، [ 10 ] ولكن لم يتم التحقق من ذلك تجريبياً بعد.

انظر أيضاً

مراجع

  1. 1 2 أولتون، روبرت ف.؛ سورجر، فولكر ج.؛ زينتغراف، توماس؛ وآخرون  . (2009). "ليزر البلازمون على نطاق دون الطول الموجي" ( ملف PDF) . مجلة نيتشر . 461 (7264): 629-632 . Bibcode : 2009Natur.461..629O . doi : 10.1038/nature08364 . hdl : 10044/1/19116 . ISSN 0028-0836 . PMID 19718019. S2CID 912028 .   
  2. ↑ ما، رين-مين؛ أولتون، روبرت ف.؛ سورجر، فولكر ج.؛ وآخرون (2010). "ليزر بلازموني دون حد الانعراج يعمل في درجة حرارة الغرفة باستخدام الانعكاس الداخلي الكلي". مجلة نيتشر ماتيريالز . 10 (2 ) : 110-113 . arXiv : 1004.4227 . Bibcode : 2011NatMa..10..110M . doi : 10.1038/nmat2919 . ISSN 1476-1122 . PMID 21170028. S2CID 10624501 .    
  3. ↑ نوغينوف، م. أ.؛ تشو، ج.؛ بلجريف، أ. م.؛ وآخرون (2009). "عرض توضيحي لليزر نانوي قائم على تقنية الليزر النانوي". مجلة نيتشر . 460 (7259): 1110-1112 . رمز Bibcode : 2009Natur.460.1110N . doi : 10.1038/nature08318 . ISSN 0028-0836 . PMID 19684572. S2CID 4363687 .    
  4. هيل ، مارتن؛ ماريل، ميلان؛ ليونغ، يونيس؛ وآخرون (2009). "الانبعاث الليزري في الموجهات البلازمونية ذات الأبعاد دون الطول الموجي من المعدن-العازل-المعدن" . مجلة أوبتكس إكسبرس . 17 (13): 11107-11112 . رمز Bibcode : 2009OExpr..1711107H . doi : 10.1364/OE.17.011107 . PMID 19550510 .  
  5. 1 2 كومار، باوان؛ تريباثي، في كي؛ ليو، سي إس (2008). "ليزر بلازمون سطحي". مجلة الفيزياء التطبيقية . 104 (3): 033306–033306–4. رمز Bibcode : 2008JAP...104c3306K . doi : 10.1063/1.2952018 .
  6. 1 2 بيرغمان، ديفيد جيه؛ ستوكمان، مارك آي. (2003). "تضخيم بلازمون السطح بواسطة الانبعاث المحفز للإشعاع: التوليد الكمي لبلازمونات السطح المتماسكة في الأنظمة النانوية". مجلة Physical Review Letters ، 90 (2) 027402. Bibcode : 2003PhRvL..90b7402B . doi : 10.1103/PhysRevLett.90.027402 . PMID 12570577. S2CID 10798864 .  
  7. ↑ بورزاك، كاثرين (17 أغسطس 2009). "أصغر ليزر تم صنعه على الإطلاق" . مجلة إم آي تي ​​للتكنولوجيا .
  8. ↑ وانغ، د.؛ بورجوا، م.؛ لي، و.؛ وآخرون . (2018). "التحفيز النانوي القابل للتمدد من بلازمونات رباعية الأقطاب الهجينة". رسائل نانو . 18 (7): 4549-4555 . Bibcode : 2018NanoL..18.4549W . doi : 10.1021/ acs.nanolett.8b01774 . OSTI 1594600. PMID 29912567. S2CID 49302957 .    
  9. ↑ ستوكمان، مارك آي. (يونيو 2008). "شرح الجسيمات الضوئية". مجلة نيتشر فوتونيكس . 2 (6): 327-329 . رمز Bibcode : 2008NaPho...2..327S . doi : 10.1038/nphoton.2008.85 . ISSN 1749-4885 . 
  10. ↑ ستوكمان، مارك آي. (2010). "السبيزر كمولد كمي نانوي ومضخم فائق السرعة". مجلة البصريات . 12 (2) 024004. arXiv : 0908.3559 . Bibcode : 2010JOpt...12b4004S . doi : 10.1088/2040-8978/12/2/024004 . ISSN 2040-8978 . S2CID 2089181 .  

للمزيد من القراءة