KTU研究者､ナノレーザを開発

May, 2, 2025, Lithuania--カウナス工科大学(KTU)とリトアニアの研究者、および日本の科学者は、ユニークなナノレーザを開発した。このレーザの寸法は非常に小さいため、その構造は強力な顕微鏡でしか見ることができないが、その可能性は膨大である。早期の医療診断、データ通信、およびセキュリティ技術への応用により、この発明は光と物質の相互作用を研究するための重要なツールにもなる可能性がある。

レーザは、用途によって光の増幅方法と生成方法が異なり、それが放射線の色とレーザビームの品質を決定する。

「ナノレーザは、1㎜の100万分の1の小さな構造を使用して光を生成および増幅するレーザであり、レーザ放射は非常に少量の材料で生成される」と、この発明の著者の1人であるDr.Mindaugas Juodėnasはコメントしている。

レーザの動作原理は、鏡のホールに似ている
このようなナノレーザは、以前から研究開発が進められてきた。しかし、KTU科学者のバージョンは、その製造プロセスの点で類例がない。銀ナノキューブを表面にきれいに並べ、光学活性物質を充填している。これにより、光を増幅してレーザ効果を生成するために必要なメカニズムが作成される。

「銀ナノキューブは、非常に小さな単結晶銀粒子であり、優れた光学特性を備えている。これは、われわれが開発したナノレーザの重要な部分である」と、KTU材料科学研究所のJuodėnas研究社は話している。.

ナノキューブは、日本のKTUパートナーが発明した独自のプロセスを使用して合成され、正確な形状と品質が保証されている。次に、これらのナノキューブは、ナノ粒子の自己組織化プロセスを使用して2次元構造に配列される。

このプロセスでは、粒子は液体媒体から事前にパターン化されたテンプレートに自然に配置される。

テンプレートパラメータがナノキューブの光学特性と一致すると、表面格子共鳴と呼ばれる特有現象が発生し、光学活性媒体での効率的な光生成が可能になる。

従来のレーザは鏡を使用してこの現象を引き起こしているが、KTU研究チームが発明したナノレーザは、代わりにナノ粒子を含む表面を使用する。「銀のナノキューブが周期的に配置されると、それらの間に光が閉じ込められる。ある意味、このプロセスは遊園地の鏡のホールを想起させるが、われわれの場合、鏡はナノキューブであり、公園の訪問者は光である」（Juodėnas）。

国際的な資金提供がアイデアの開発に役立った
銀ナノキューブなど、高品質で容易に作製できるナノ材料を用いることで、レーザの駆動に必要なエネルギー量が過去最低を記録し、大量生産を可能にした。

「化学合成された銀ナノキューブは数百ミリリットルで製造できる。一方、その高品質により、ナノ粒子の自己組織化技術を使用できる。それらの配置が完璧でなくても、その特性がそれを補っている」（Juodėnas）。

ナノ粒子を整然と配置した技術は、KTUの研究者による偽造防止マークを作成する別の発明にも使用されており、すでに国際的に認められ、米国と日本の特許庁によって承認されている。

将来的には、KTUの研究者によって作成されたナノレーザは、病気の早期検出や生物学的プロセスのリアルタイムモニタリングのための超高感度生体センサの光源として使用される可能性がある。また、ビームのユニークな構造が重要な小型フォトニックチップ、識別技術、認証デバイスにも適用できる。さらに、光がナノスケールで物質とどのように相互作用するかに関する基礎研究をサポートする可能性がある。