Обычный лазер — это резонатор, где свет мечется между зеркалами и усиливается. Но зеркала можно убрать, а свет заставить кружиться в крошечной частице, которая меньше самой световой волны. Именно так работают новые лазеры из наночастиц фосфида индия, помещённых на идеально гладкое золото.

Частицы длиной от 115 до 480 нанометров — в сотни раз тоньше человеческого волоса — легли на золотую подложку, отполированную до атомной гладкости. Когда такую частицу освещают короткими импульсами, в ней возникает лазерное излучение — когерентный свет, который испускается не в случайном направлении, а вдоль золотой поверхности. Самый маленький лазер в эксперименте излучал на длине волны 730 нанометров. Это тёмно-красный свет, почти на границе с инфракрасным.

Главная хитрость — работа вблизи поверхностного плазмонного резонанса. Так называют коллективные колебания электронов на границе металла и диэлектрика, которые могут сжимать свет в чрезвычайно малые объёмы. Раньше считалось, что вблизи резонанса слишком велики потери, но авторы показали: если взять материал с очень высоким усилением — тот самый фосфид индия, — то лазерная генерация возможна. Более того, чем дальше длина волны от резонанса, тем уже линия излучения и меньше пороговая энергия накачки. В более крупных частицах удалось возбудить второй и третий порядки плазмонных мод — свет внутри частицы образовывал не один, а два или три узла стоячей волны.

Такой подход раздвигает границы миниатюризации лазеров. Их можно будет использовать для сверхбыстрой передачи данных внутри компьютерных чипов, для сверхчувствительных сенсоров, способных уловить единичные молекулы, или как оптические штрихкоды для отслеживания клеток в биологических экспериментах. И всё это — в устройстве, которое не толще паутины.