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

• Nový akademický fond podpoří vědecké startupy více než miliardou korun
• Cenu Ernsta Macha získalo pět fyziků z Akademie věd
• Pozvěte vědce do výuky: vědci nabízejí pomoc třídám s distanční výukou
• Páteční Noc vědců se uskuteční online i fyzicky. Oživí 42 měst v ČR
• Fyzika pro 21. století. Otvírá se nové centrum pro excelentní výzkum
• Na stopě posledním lovcům a sběračům v českých zemích
• Noc vědců v Českých Budějovicích: virtuální realita i dinosauři
• Objev univerzálního systému pro dopravu nukleových kyselin do buněk
• Malé buňky parazitických prvoků pod drobnohledem díky expanzivní mikroskopii
• Trojnásobné prvenství za metody rozpoznávají srdeční poruchy