Обычный лазер похож на оркестр, где музыканты должны разогреться, прежде чем заиграть в унисон. Сначала нужно накачать энергией достаточно атомов, чтобы они «перевернулись» и были готовы излучать свет — это называют инверсией населённостей. Только тогда вспыхивает луч. Поляритонный лазер играет по другим правилам: его «музыканты» — смесь света и вещества — вступают в дело почти без подготовки.
В новой работе физики заставили такой лазер работать от электричества, а не от внешней лампы, и при комнатной температуре. В основе — кристалл нитрида галлия (GaN), знакомый по светодиодам. Активная зона сделана не из тонких квантовых ям, а из сплошного слоя — как если бы вместо струн квартета взяли цельный поющий брусок. Когда ток бежит по гребню длиной 60 микрометров, рождаются поляритоны — частицы-кентавры, полу-свет, полу-вещество. Они сливаются в единый импульс, и лазер выдаёт серию сверхкоротких вспышек — режим синхронизации мод.
Поляритонный механизм даёт огромное усиление, поэтому хватает короткого резонатора. Для сравнения: коммерческие лазеры на GaN обычно в несколько раз длиннее. Учёные проверили, что тот же кристалл запускается и от света — значит, легирующие добавки для электрической накачки не мешают рождению поляритонов. Теперь поляритонные устройства могут стать такими же удобными, как обычные лазерные диоды, только с новыми возможностями: низкие пороги, быстрая модуляция, работа в условиях, где обычная инверсия недостижима. Так оркестр, который не нуждается в долгой настройке, начинает играть сразу и мощно.
Поляритонный лазер может включиться при токе, которого обычному лазеру не хватило бы даже на слабое свечение — как если бы автомобиль заводился, когда бензин залит только в пятую часть бака.