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研究人員最近展示了一種有史以來最小的雷射器，其包含一個直徑僅為44奈米的奈米粒子。該元件因能產生一種稱為表面電漿的輻射而被命名為 “spaser”。這項新技術可允許光子局限在非常小的空間內，一些物理學家據此認為，就像電晶體之于現今的電子產品，spaser也許將成為未來光學電腦的基礎。
美國諾福克大學材料研究中心物理學教授米哈伊爾•諾基諾夫表示，現今最好的消費電子產品可在大約10GHz的速度上運行，但未來的光學元件的運行速度可達到幾百太赫茲範圍。一般來說，光學元件難以實現小型化，是因為光子無法限定在比其一半波長更小的區域內。但以表面電漿形式與光作用的元件就能將光限定在非常緊密的位點上。
諾基諾夫說，目前科學家們正在基於電漿的新一代奈米電子設備的理論研究上努力探索。與以前的其他電漿元件不同的是，spaser能有效地產生和放大這些光波。諾基諾夫及同事在近期的《自然》雜誌上發表了此項研究成果。
spaser包含一個直徑僅為44奈米的單奈米粒子，雷射器的其他不同部分的功能則與常規雷射器無異。在普通雷射器中，光子通過可放大光線的增益介質在兩個鏡面間反彈。而spaser中的光則圍繞一個電漿形式的奈米粒子核中的金球表面進行反彈。
此中的挑戰是確保這種能量不會快速從金屬表面消散。諾基諾夫及其團隊通過在金球上噴塗嵌有染料的矽層來實現這一要求。矽層可作為增益媒介。來自spaser 的光可作為電漿體保持在限定區域，亦可作為可見光範圍的光子離開粒子表面。像一個雷射器一樣，spaser必須“泵”入必要的能量，研究人員利用光脈衝轟擊粒子來達到這個目的。
常規雷射器的大小取決於其使用的光波長，反射面間的距離不能小於光波長的一半，在可見光範圍大約為200奈米。spaser則是利用電漿解決了此局限。諾基諾夫說，spaser也許將能做到一個奈米大小，但任何小於這一尺寸的奈米粒子，其功能就會喪失。
美國喬治亞州大學物理學教授馬克•斯托克曼稱，和目前最快的電晶體相比，spaser雖具有同等的奈米尺度，但其速度要快上1000倍，這為製造速度超快的放大器、邏輯元件和微處理器提供了可能。
諾基諾夫則表示，spaser不僅能在光子電腦領域找到用武之地，也能在現今使用常規雷射器的領域得到應用。更為現實的應用領域就是磁性資料存儲業。現今用於硬碟的磁性資料存儲介質已達到其物理極限，擴展其存儲能力的方法之一就是在其記錄過程中用非常小的光點對介質進行加熱，而這必須使用奈米雷射器才能做到。
Nature論文
Nature 460, 1110-1112 (27 August 2009) | doi:10.1038/nature08318; Received 15 September 2008; Accepted 24 July 2009; Published online 16 August 2009
Demonstration of a spaser-based nanolaser
M. A. Noginov1, G. Zhu1, A. M. Belgrave1, R. Bakker2, V. M. Shalaev2, E. E. Narimanov2, S. Stout1,3, E. Herz3, T. Suteewong3 & U. Wiesner3
1. Center for Materials Research, Norfolk State University, Norfolk, Virginia 23504, USA
2. School of Electrical & Computer Engineering and Birck Nanotechnology Center, Purdue University, West Lafayette, Indiana 47907, USA
3. Materials Science and Engineering Department, Cornell University, Ithaca, New York 14850, USA
Correspondence to: M. A. Noginov1 Correspondence and requests for materials should be addressed to M.A.N. (Email: mnoginov@nsu.edu).
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