frandyni 2011-7-3 10:32
比人類頭髮小上千倍的超小型雷射
(From牛頓雜誌)<br>
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雷射給大眾的映像都是：一束紅色的直線光束、具有殺傷力、笨重的方形機器等，然而這一切將要改變了。美國羅倫斯國家實驗室（LBL）和加州柏克萊大學的研究人員7月5日在其網站（www.lbl.gov ）上發表了最新的研究成果，他們發展出一種稱為「奈米線雷射?(nanowire nanolaser；暫譯）」的電子元件。這種元件的直徑不到人類頭髮直徑的千分之一大小（註1），而且可以做成發出紫外線-可見光（UV-Visible）範圍的雷射元件。<br>
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研究人員以純的氧化鋅（zinc oxide）為材料，讓其結晶成為長度約2-10微米<br>
（micrometer）的針狀結晶。整個成品的形狀在電子顯微鏡底下觀察就像毛刷一樣，氧<br>
化鋅結晶則像是毛刷上的細毛。砷化鎵（gallium arsenates； GaAs）和氮化鎵（gallium<br>
nitride；GaN）是一般最常用來製造微小雷射（即半導體雷射）的半導體材料。以這類材料製造出來的雷射厚度大約只有幾個微米，但是平面（發光直徑）的大小則遠大於奈米線雷射。<br>
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柏克萊材料中心研究員Peidong Yang是本計劃的主持人，他表示：「未來將可以製作出大量而且高密度的奈米線雷射。如此一來，許多過去半導體雷射製作技術所無法達成的效果將可一一實現。」而這項成果將發表在6月8日的國際知名科學期刊科學（Science）上。研究人員先是利用半導體製造技術的光學圖刻（pattern）方式在藍寶石（sapphire）上鍍上一層預先設計過形狀、大小的金膜，再將此一晶體置入充滿氧化鋅蒸氣的密閉反應室中，最後利用標準的磊晶技術讓氧化鋅在藍寶石上結晶形成氧化鋅奈米線。而氧化鋅奈米線的密度、形狀等，都可以在製造過程中加以控制。<br>
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至於氧化鋅奈米線的發光原理則是利用「光學激發（optical pumping）」的方式來產生，在室溫下處於激發狀態（excited states）的氧化鋅將會釋放出紫外線至可見光範圍的放射光。此氧化鋅奈米線雷射一端的截面呈六角形，另一端則是附著在藍寶石上非常平坦的平面；所以電子顯微鏡底下看起來就像一根根頂端呈六角形的細毛。此外，藍寶石晶體的表面也必須是非常平坦，如此才能讓光可以完全反射至氧化鋅晶體之中，以增加產生雷射的效益。<br>
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除此之外，科學家更希望能朝向利用「電激發（electrical pumping）」方式來讓奈米線雷射產生雷射，如此一來將會大大提昇這類雷射的運用性。如果能讓電與這類奈米線雷射整合，則將可運用於光電技術，甚至製造以光為訊號的超快計算器（超級電腦）等。當然這一切都有待科學家的持續努力。<br>
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註1：一般人類頭髮平均直徑約為100微米，1微米相當於百萬之一公尺；一奈米則等於<br>
十億分之一公尺。