如今電子裝置中的雷射器通常是紅色的——從DVD播放器到條形碼掃描器，應用廣泛——但一項新成果可能為製造彩虹色雷射器指明方向。傳統的電子雷射器由半導體層製成。現在，研究人員已經設計出晶體半導體微粒，比以前更容易地產生雷射。
這項成果使微小的薄片（稱為奈米晶體）朝著實現其承諾邁出了關鍵一步，即僅透過改變晶體的大小即可定製雷射的顏色，這可能帶來更強大的工具，用於檢測化學物質或透過光閃爍傳送資訊。
雷射的顏色取決於發光材料。具體來說，半導體為電子提供了兩種能量狀態的選擇，即較低或較高，有點像有兩個橫檔的梯子。帶隙，即橫檔之間能量的差異，決定了發射光的波長。“在奈米晶體中，帶隙隨其尺寸而變化——尺寸越小，帶隙越大，”新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的物理學家維克托·克里莫夫說。
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挑戰在於讓奈米晶體的電子協同工作。當材料的大部分電子處於激發態或較高能量狀態時，就會產生雷射。然後，入射光子會將電子從頂部橫檔敲擊到底部橫檔，在此過程中踢出兩個相同的光子，從而導致光的放大。
在寬度從2到150奈米的奈米晶體中，每個晶體只有兩個電子可以在能量橫檔之間躍遷。當這對電子的兩個成員都被激發時，其中一個通常會在被入射光子擊中之前落到較低的橫檔，在此過程中不產生光子，並且留下太少的激發電子來產生雷射。
克里莫夫和他的同事們透過將奈米晶體分裂成硫化鎘核和硒化鋅殼克服了這個障礙。據本週發表在《自然》雜誌上的一份報告稱，核捕獲激發電子的時間為2納秒——比正常時間長50倍，並且足夠長，可以被外部光子擊中。
羅切斯特大學的化學家託德·克勞斯說，在此結果之前，奈米晶體雷射器需要自己的超強雷射器才能啟動。他補充說，如果這種雙層晶體足夠持久和高效，可以與電子裝置熔合，“你將開啟一系列完整的應用。”
克勞斯說，與今天的雷射器相比，奈米晶體雷射器可能更便宜、更高效且用途更廣泛，或許可以用於化學感測器或能夠快速切換雷射顏色的光學通訊裝置。“潛力是存在的，”他說。