Для производства мельчайших деталей микроэлектроники требуется применение лазеров очень маленьких размеров. Российские ученые в сотрудничестве с зарубежными коллегами создали лазер поперечным размером около 60 нм — это в тысячи раз тоньше человеческого волоса. Устройство излучает в полосе всего 0,15 нм, что в 5–10 раз уже, чем у обычных полупроводниковых лазеров. Прорыв открывает дорогу к настоящим фотонным интегральным схемам.
Нанолазеры — это лазеры, размер которых меньше длины волны света (или фотона — частицы света), излучаемого ими.
Команда физиков Санкт-Петербургского государственного университета (СПбГУ) совместно с коллегами из Алферовского университета, НИУ ВШЭ — Санкт-Петербург, СПбГЭТУ (ЛЭТИ), МФТИ и зарубежных научных центров создали плазмон-поляритонный нанолазер — устройство, которое удерживает свет в нанометровом масштабе.
Как это сделано
Ученые объединили три ключевые технологии:
- Молекулярно-пучковая эпитаксия — для выращивания кристаллов с атомарной точностью.
- Нитевидные нанокристаллы — естественные «провода» для света нанометрового размера.
- Квантовые ямы InGaN — для эффективной генерации излучения.
В новой конфигурации плазмон-поляритоны формируются в системе одиночных нитевидных нанокристаллов, расположенных на металл-диэлектрической подложке. Это предъявляет экстремальные требования к качеству материалов: поверхности должны быть идеально гладкими, а активная среда — давать однородный сигнал без лишних примесей в спектре.
Сравнение с предыдущим рекордом
| Параметр | Предыдущий рекорд (ИТМО, 2024) | Новый рекорд (СПбГУ, 2026) |
| Размер | 200 нм | 60 нм |
| Во сколько раз меньше миллиметра | ~5000 раз | ~16 666 раз |
| Полоса излучения | не указана | 0,15 нм (в 5–10 раз уже обычного) |
Для контекста: в мае 2024 года ученые ИТМО побили свой собственный рекорд, создав нанолазер размером 200 нм (это в 5000 раз меньше миллиметра). Новый результат СПбГУ — в три с лишним раза меньше.
Где это пригодится
| Область применения | Как поможет |
| Фотонные интегральные схемы | Лазеры можно встраивать прямо в чипы вместо внешних источников |
| Биохимическое детектирование | Чувствительные сенсоры на нанолазерах |
| Сверхразрешающая микроскопия | Нарушение дифракционного предела |
| Экраны VR/AR | Повышение качества цветопередачи |
| Телекоммуникации | От ультрафиолета до инфракрасного диапазона |
Что дальше
Ученые уже планируют следующие шаги, например, переход от оптической накачки к электрической — замена внешнего лазера, который возбуждает нанолазер, на прямое преобразование электроэнергии в излучение.
Когда лазеры станут такими же маленькими, как транзисторы, компьютеры смогут обмениваться данными не электричеством, а светом — прямо внутри чипа. Российские физики сделали важнейший шаг к этому будущему.
Осталось научиться включать его не внешним лазером, а обычным электричеством — и можно будет говорить о промышленной революции в микроэлектронике. Пока же — красивая и важная наука, которая работает на пределе возможностей атомной инженерии.