Nový typ světelného zdroje může pomoci nejmodernějším laserovým technologiím

Vědci z týmů Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR a MFF UK objevili nový způsob konstrukce superzářivých světelných zdrojů s využitím dvojrozměrných (2D) polovodičů. Nová metoda může pomoci vyřešit několik zásadních problémů, se kterými se potýkají nejmodernější laserové technologie.

Superzářivé světelné zdroje jsou v dnešní době velmi ceněnou komoditou. Mají široké uplatnění v nejmodernějších technologiích, včetně kvantové komunikace, GPS navigace, astronomických přístrojů, šifrování atd. Tento typ světelných zdrojů lze zkonstruovat pomocí velmi precizních a složitých postupů výroby, které umožňují umístění atomů nebo kvantových teček ve velmi přesně navržené optické dutině.

Konvenční laserové světlo vzniká zesílením fotonů v sadě vysoce reflexních zrcadel. Při tomto procesu však dochází k zahřívání a následně tepelným vibracím zrcadel, které způsobují změnu rozměru dutiny omezující fázi emitovaných fotonů. Ve výsledku je toto světlo   spektrálně nedokonalé.

Společný výzkum týmů z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR (pod vedením Martina Kalbáče a Martina Hofa) a z MFF UK (pod vedením Jany Vejpravové a Petra Němce) vedl k vývoji zcela nového přístupu ke konstrukci superzářivých světelných zdrojů. Výsledkem je laserový paprsek podstatně užší a s mnohem menšími požadavky na výkon zdroje.

1 + 1 více než 2? V kvantové optice to může být realita

V navrženém konceptu se superzářivý zdroj nespoléhá jako konvenční laser na velkou populaci fotonů v laserové dutině, ale na synchronizovanou emisi fotonů v opticky vybuzeném 2D materiálu. Konkrétně superzářivost vzniká zářivou relaxací vybuzených párů elektron–díra (tzv. excitony) ve dvou atomárně tenkých vrstvách 2D polovodiče (WSe₂) oddělených několika vrstvami nitridu boru. Studie byla zveřejněna v květovém vydání Advanced Functional Materials.

„Nový koncept otevírá zcela nové možnosti pro konstrukci ultratenkých zdrojů záření, jejichž vlnová délka může být laděna počtem vrstev 2D polovodiče a nitridu boru a vnějším elektrickým a magnetickým polem,“ uzavírá Martin Kalbáč z Ústavu fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR.

Kontakt:

doc. RNDr. Ing. Martin Kalbáč, Ph.D.
Ústav fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR
martin.kalbac@jh-inst.cas.cz

Daniel Jakeš
Ústav fyzikální chemie Jaroslava Heyrovského AV ČR
daniel.jakes@jh-inst.cas.cz
+420 721 648 855

Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR rozvíjí vědecký odkaz nositele Nobelovy ceny, profesora Jaroslava Heyrovského, v oborech spojených s fyzikální chemií. Excelentnímu základnímu i aplikovanému výzkumu se v této veřejné výzkumné instituci věnuje přes dvě stě vědkyň a vědců, od nadějných mladých badatelů po světově uznávané špičkové odborníky. Teoreticky poznané a experimentálně získané znalosti fyzikálněchemických dějů probíhajících v molekulách a atomech jsou významné pro průmyslovou katalýzu, výrobu a uchovávání energie, zdravotnictví i životní prostředí.

Přečtěte si také

• Studie archaické DNA odhaluje rozsáhlé migrace do Británie doby bronzové
• Aplikace přibližuje, jak byli za války Židé omezováni na území Prahy
• Vedra 2018 vedla k dehydrataci kmenů, ale ne k výraznému poklesu růstu lesů
• Sto let Orientálního ústavu. Přednášky, výstavy i jurta v centru Prahy
• Budoucnost pěstování lanýžů ohrožuje klimatická změna, tvrdí nová studie
• Starověká mosaz z Česka odhaluje intenzivní vztahy mezi Římany a Germány
• Nová nabíjecí baterie: nehoří, nevybuchuje, je levná a má vysokou kapacitu
• Vědci umí díky unikátnímu spojení dvou metod zjistit vady grafenu
• Očkovanost jako kulturní fenomén: Východ versus Západ?
• Prémie Jana Friče za rok 2021 udělena Galině Motorině