Un láser spaser o plasmónico es un tipo de láser que tiene como objetivo confinar la luz a una escala de sublongitud de onda muy por debajo del límite de difracción de la luz de Rayleigh , almacenando parte de la energía de la luz en oscilaciones de electrones llamadas polaritones plasmónicos de superficie . [1] [2] [3] [4] [5] El fenómeno fue descrito por primera vez por David J. Bergman y Mark Stockman en 2003. [6] La palabra spaser es un acrónimo de " amplificación de plasmón de superficie por emisión estimulada de radiación". [6] Los primeros dispositivos de este tipo fueron anunciados en 2009 por tres grupos: una nanopartícula de 44 nanómetros de diámetro con un núcleo de oro rodeado por un medio de ganancia de sílice teñido creado por investigadores de las universidades de Purdue, Norfolk State y Cornell, [7] un nanocable en una pantalla de plata por un grupo de Berkeley, [1] y una capa semiconductora de 90 nm rodeada de plata bombeada eléctricamente por grupos de la Universidad Tecnológica de Eindhoven y de la Universidad Estatal de Arizona. [4] Mientras que el equipo de Purdue-Norfolk State-Cornell demostró el modo plasmónico confinado, el equipo de Berkeley y el equipo de Eindhoven-Arizona State demostraron la emisión láser en el llamado modo de brecha plasmónica. En 2018, un equipo de la Universidad Northwestern demostró un nanoláser sintonizable que puede preservar su alta calidad de modo explotando plasmones cuadrupolos híbridos como un mecanismo de retroalimentación óptica. [8]
El spaser es una fuente de campos ópticos a escala nanométrica propuesta que se está investigando en varios laboratorios líderes en todo el mundo. Los spaser podrían encontrar una amplia gama de aplicaciones, incluida la litografía a escala nanométrica , la fabricación de nanocircuitos fotónicos ultrarrápidos , la detección bioquímica de moléculas individuales y la microscopía. [5]
De Nature Photonics : [9]
Un spaser es la contraparte nanoplasmónica de un láser , pero (idealmente) no emite fotones . Es análogo al láser convencional, pero en un spaser los fotones son reemplazados por plasmones de superficie y la cavidad resonante es reemplazada por una nanopartícula, que soporta los modos plasmónicos. De manera similar a un láser, la fuente de energía para el mecanismo de spasing es un medio activo (ganancia) que se excita externamente. Este campo de excitación puede ser óptico y no estar relacionado con la frecuencia de operación del spaser; por ejemplo, un spaser puede operar en el infrarrojo cercano , pero la excitación del medio de ganancia se puede lograr utilizando un pulso ultravioleta . La razón por la que los plasmones de superficie en un spaser pueden funcionar de manera análoga a los fotones en un láser es que sus propiedades físicas relevantes son las mismas. Primero, los plasmones de superficie son bosones : son excitaciones vectoriales y tienen espín 1, al igual que los fotones. Segundo, los plasmones de superficie son excitaciones eléctricamente neutrales. En tercer lugar, los plasmones de superficie son las oscilaciones materiales más colectivas que se conocen en la naturaleza, lo que implica que son las más armónicas (es decir, que interactúan muy débilmente entre sí). Como tal, los plasmones de superficie pueden experimentar emisión estimulada, acumulándose en un solo modo en grandes cantidades, lo que constituye la base física tanto del láser como del spaser.
El estudio del modelo mecánico cuántico del spaser sugiere que debería ser posible fabricar un dispositivo spaser con una función análoga a la del transistor MOSFET , [10] pero esto aún no ha sido verificado experimentalmente.