Новосибирские физики разработали материал для уникальных лазеров

Новосибирским физикам удалось разработать материал для лазеров, на основе которых можно создать оборудование для мониторинга метана в шахтах, утечек газа, медицинские аппараты. Новосибирская микроструктура хорошо зарекомендовала себя в новом лазере. Его сделали в Нижегородском институте физики микроструктур.

Они невидимы глазу, но очень важны, как сердце для человека. Микроскопические квантовые ямы. В них формируется энергия ─ инфракрасные лазерные лучи. Они помогают в поиске утечек газа на трубопроводах, метана в шахтах, постановке диагнозов в медицине. Оборудование строится на специальных лазерах.

Оптимальный материал для таких структур ─ теллурид кадмия и ртути. За несколько дней в установке «Обь-М» с чистейшим вакуумом (такие есть только в Новосибирске) на специальной подложке выращивают слоеный пирог из микроскопических пленок. Особенность этих структур – множественные одинаковые квантовые ямы, встроенные в определенные места. Создать такие пленки под силу не каждому научному центру в мире.

«Рост происходит в сверхвысоком вакууме, используются особые чистые вещества. У нас очень чистый вакуум и примеси, которые могут поступать туда, практически нивелированы. Специально для роста лазерных структур мы разработали метод контроля, чтобы проверять их толщину и состав», ─ пояснил старший научный сотрудник Института физики полупроводников СО РАН Николай Михайлов.

Разрабатывали технологию несколько лет. В процессе роста каждой структуры на поверхностях могут возникнуть дефекты. Их ученые тоже научились контролировать. Чтобы лазер работал бесперебойно, квантовые ямы в структурах должны охлаждаться. Для этого до недавнего времени требовалась температура -120 °С и специальные дорогие микрохолодильные машины. Сибирякам удалось сделать прорыв ─ поднять необходимую температуру до -43 °С. Это позволит использовать простые дешевые термоэлектрические холодильники.

«Это маленький, в несколько миллиметров прибор, который будет излучать свет с длиной волны 3-5 микрон. Он ─ невидимый, это тепловое излучение. Если длину волны настроить на поглощение газами в области 3-5 микрон, очень хорошо поглощается метан», ─ сообщил Николай Михайлов.

На основе сибирских наноструктур в Нижнем Новгороде создали экспериментальный прототип лазера, сохранив свойства полупроводникового материала с квантовыми ямами. В настоящее время ученые занимаются миниатюризацией прибора. Впереди ─ разработка опытных и промышленных экземпляров. Прибор поможет быстро и точно измерять количество метана в шахтах, реагировать на утечку газа на трубопроводах. Использовать лазер можно и как элемент медтехники для диагностики болезней.