Команда исследователей из Национальной лаборатории имени Лоуренса в Беркли (США) изучила свойства полимерных гранул на основе коллоидов — прозрачных частиц, способных пропускать свет. Ученые планировали применять их для визуализации головного мозга. 

В ходе экспериментов авторы исследования соединили гранулы с наночастицами тетрафторитрата натрия, покрытыми тулием. Еще в 2016 году ученые выяснили, что если подвергнуть частицы такого типа лазерному ИК-излучению определенной частоты, то возникает феномен ап-конверсии. Благодаря этому эффекту наночастицы получают способность излучать свет, причем с еще более высокой частотой, чем сам лазер.

Также оказалось, что наночастицы периодически производят яркие вспышки света определенных цветов.

Исследователи сравнивают это явление с эффектом «шепчущей галереи», который можно наблюдать в Соборе Святого Павла в Лондоне и других помещениях округлой формы. Из-за особенностей акустики звуковые волны, производимые шепотом, распространяются вдоль стен таким образом, что звуки можно разобрать даже в другом конце помещения. 

По схожему принципу работают и наночастицы, покрытые тулием. Как только ИК-лучи попадают на внешнюю поверхность гранул, внутри гранул свет начинает отскакивать точно так же, как шепот отскакивает от стен собора. Как только интенсивность света достигает определенного порога, запускается процесс непрерывной стимуляции излучения. Как поясняет Science Daily, полученный микролазер может работать часами в непрерывном режиме.

«Большинство лазеров на основе наночастиц быстро нагреваются и через несколько минут выходят из строя. Наши лазеры работают постоянно», — пояснил автор исследования Джим Шак. Он добавил, что даже спустя пять часов наночастицы способны производить стабильное излучение.

Микролазеры диаметром всего 5 мкм по размеру уступают эритроцитам, диаметр которых в зрелом виде доходит до 7-8 мкм. В перспективе их можно будет вводить в организм человека и проводить медицинские манипуляции. Чтобы доказать, что лазеры могут работать в жидкой среде, ученые поместили гранулы в сыворотку крови — благодаря белковому покрытию лазеры продолжили работать даже в этих условиях.

Технология позволит создавать микроспопические лазеры для контроля за активностью нейронов и управления оптическими микрочипами, а также для распознавания химикатов и изменений температуры окружающей среды.

В начале июня ученые из Йельского университета (США) представили новый тип кремниевого лазера, который использует звуковые волны для усиления света. Метод позволяет создавать интегральные осцилляторы и новые схемы кодирования информации.