Ученые разработали эффективные лазеры размером с пылинку
Исследователи НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге нашли способ создать эффективные микролазеры диаметром всего 5–8 микрометров. Они работают при комнатной температуре, не требуют охлаждения и могут встраиваться в микросхемы. Ученые использовали эффект шепчущей галереи для удержания света и буферные слои для снижения утечек энергии и напряжений. Подход перспективен для интеграции лазеров в чипы, сенсоры и квантовые технологии. Исследование опубликовано в «Письмах в Журнал технической физики».
Устройства вокруг нас становятся все компактнее и при этом не теряют функциональности. Смартфоны решают задачи, для которых раньше требовался компьютер, а небольшие камеры снимают почти как профессиональные. Миниатюризация коснулась и лазеров — источников направленного светового излучения, которые встраивают в оптические чипы, сенсоры, медицинские приборы и системы связи.
Но уменьшить лазер, сохранив его оптические свойства, эффективность и надежность, непросто. Разработка лазера размером 5–8 микрометров (примерно как диаметр эритроцита) требует сложных расчетов, а его производство — высокой точности. Главная трудность — в устройстве самого лазера. В отличие от обычных источников света, лазеры усиливают излучение внутри резонатора — структуры, где свет многократно отражается и усиливается. И чем компактнее лазер, тем сложнее удержать внутри него свет так, чтобы он многократно отражался, усиливался и не терял энергию — именно это важно для его стабильной работы.
Другая сложность — дефекты в материале. В лазерах используются кристаллы, способные усиливать свет. Но при их выращивании часто возникают микроскопические дефекты, которые снижают эффективность генерации света. Чтобы свести такие нарушения к минимуму, ученые тщательно подбирают условия синтеза и заранее моделируют свойства кристаллов в разных режимах. При этом решение одной проблемы нередко вызывает появление других, и разработка лазеров превращается в постоянный поиск баланса.
Ученые НИУ ВШЭ создали микролазеры диаметром всего 5–8 микрометров, работающие при комнатной температуре. Они использовали кристаллическую структуру из соединений индия, галлия, азота и алюминия, выращенную на кремниевой подложке. Для удержания света в крошечном пространстве ученые применили эффект шепчущей галереи.
Эдуард Моисеев
«Это явление известно в акустике: в некоторых храмах и соборах можно прошептать слова у одной стены, и звук будет отчетливо слышен у противоположной стены, несмотря на то что в обычных условиях звук не распространился бы на такое расстояние. Аналогичный эффект позволяет свету многократно отражаться внутри дискового микролазера, благодаря чему потери минимизируются», — объясняет старший научный сотрудник Международной лаборатории квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Эдуард Моисеев.
Однако даже при таких условиях световые волны могут частично уходить в подложку и теряться. Чтобы этого избежать, исследователи добавили ступенчатый буферный слой. Он компенсирует механические напряжения между кремнием и нитридными слоями, а также снижает утечку излучения, позволяя лазеру стабильно работать даже при небольших размерах.
Наталья Крыжановская
«Наши микролазеры стабильно работают при комнатной температуре, без систем охлаждения, что делает их удобными для реального использования. В будущем такие устройства позволят создавать более компактные и энергоэффективные оптоэлектронные приборы», — объясняет заведующая Международной лабораторией квантовой оптоэлектроники НИУ ВШЭ в Санкт-Петербурге Наталья Крыжановская.
Статья подготовлена в ходе проведения исследования в рамках проекта «Международное академическое сотрудничество» НИУ ВШЭ.
Вам также может быть интересно:
В НИУ ВШЭ запущены стратегические технологические проекты
Стратегические технологические проекты Высшей школы экономики реализуются в интересах достижения целевой модели развития университета и предусматривают формирование пула инновационных продуктов и услуг. Они сформированы по трем направлениям: социально-экономическое и научно-технологическое прогнозирование, технологии связи 6G и искусственный интеллект.
Вышка представила «Умный ортез» на форуме «Надежда на технологии»
С 10 по 11 июля в Москве прошел юбилейный, X Национальный форум «Надежда на технологии». Мероприятие было нацелено на обсуждение инновационных достижений в сфере реабилитационной индустрии. Студенческое конструкторское бюро (СКБ) МИЭМ в сотрудничестве с Институтом когнитивных нейронаук (ИКН) ВШЭ представило «Умный ортез», который был разработан на основе запроса медиков-ортопедов.
Исследователи НИУ ВШЭ выяснили, как часто у россиян с легочной гипертензией встречаются генетические мутации
Команда ученых и медиков впервые в России провела масштабное генетическое исследование пациентов с легочной артериальной гипертензией. Исследователи, включая сотрудников Международной лаборатории биоинформатики факультета компьютерных наук НИУ ВШЭ, изучили геномы более ста пациентов и обнаружили, что примерно у каждого десятого встречаются опасные мутации в гене BMPR2, отвечающем за рост сосудов. Три мутации были описаны впервые. Исследование опубликовано в журнале Respiratory Research.
Центр языка и мозга провел первое полевое нейролингвистическое исследование чтения на якутском языке
В июле команда Центра языка и мозга НИУ ВШЭ совместно с Центром изучения, сохранения и развития родных языков Академии наук Республики Саха (Якутия) организовала в селе Чурапча первую в истории нейролингвистическую экспедицию по исследованию чтения на якутском языке с использованием метода электроэнцефалографии (ЭЭГ). В ходе двухнедельной работы впервые были собраны ЭЭГ-данные 43 взрослых участников, а также поведенческие данные 40 детей.
Исследователи ВШЭ научили нейросети различать происхождение из генетически близких популяций
В Институте искусственного интеллекта и цифровых наук ФКН НИУ ВШЭ предложили новый подход, основанный на современных методах машинного обучения, для определения генетического происхождения человека. Графовые нейросети позволяют с высокой точностью различать даже очень близкие популяции.
Ученые разработали ИИ для создания новых материалов
Международная команда ученых при участии НИУ ВШЭ разработала новый алгоритм машинного обучения Wyckoff Transformer для генерации симметричных кристаллов. Нейросеть позволит создавать материалы с желаемыми свойствами для полупроводников, солнечных батарей, медицинского оборудования и других высокотехнологичных областей. Ученые представят разработку 15 июля на ведущей конференции по машинному обучению ICML в Ванкувере. Препринт статьи опубликован на сайте arhiv.org, код и данные выложены под открытой лицензией.
Ученые ВШЭ выяснили, как сбои в сетях мозга влияют на когнитивное и социальное поведение при аутизме
Международная команда ученых с участием исследователей из Центра языка и мозга НИУ ВШЭ впервые изучила связи между сенсомоторной сетью и сетью когнитивного контроля у детей с аутизмом. С помощью данных фМРТ они выяснили, что внутри сети когнитивного контроля, отвечающей за внимание и самоконтроль, связи ослаблены, а внешние связи с сенсомоторной сетью, от которой зависят движения и сенсорная обработка, наоборот, слишком усилены. Эти особенности проявляются в виде трудностей в социальном взаимодействии и регуляции поведения детей. Исследование опубликовано в журнале Brain Imaging and Behavior.
Географы НИУ ВШЭ, используя GPT, создали базу данных об опасных природных явлениях
Географы Вышки создали новую технологию в ходе исследования «Лучшие практики адаптации к природно-климатическим рискам в России», реализованного в рамках стратегического проекта «ИИ-технологии для человека» в 2024 году. В 2025 году разработка географов Вышки стала финалистом международного конкурса “AI for Good: Innovate for impact”, в июле она будет представлена на международном cаммите ООН.
Ученые выяснили, как организованный беспорядок усиливает сверхпроводимость
Сверхпроводимость — особое состояние материала, при котором электрический ток проходит через него без потерь энергии. Обычно в материалах с дефектами она возникает при очень низких температурах и в несколько этапов. Международная команда ученых, включая физиков МИЭМ ВШЭ, показала: если дефекты распределены внутри материала не случайно, а по определенной схеме, сверхпроводимость возникает при более высокой температуре и охватывает весь материал. Данные могут помочь в создании сверхпроводников, работающих без экстремального охлаждения. Исследование опубликовано в журнале Physical Review B.
НИУ ВШЭ и АО «Нанотроника» запускают стратегическое партнерство в области электронного машиностроения
На состоявшейся в начале июня отраслевой конференции «Электронное машиностроение — 2025» МИЭМ НИУ ВШЭ и АО «Нанотроника» (входит в Группу компаний «Элемент») заключили соглашение о стратегическом партнерстве. Конференция прошла в кампусе СберУниверситета и объединила более 600 участников из 200 организаций, включая ведущие предприятия, научные центры и вузы. Мероприятие проходило при поддержке Министерства промышленности и торговли Российской Федерации и Министерства промышленности Республики Беларусь.