Spaser作为纳米尺度量子发生器和超快放大器

纳米等离激元学近年来经历了爆炸式发展，在基础研究和应用领域都涌现出许多新思想并取得了显著成就。Spaser已被预测并在实验上被观测到，作为一种有源元件——相干局域场的发生器。如果spaser能够作为超快纳米放大器——MOSFET（金属-氧化物-半导体场效应晶体管）的光学对应物，将取得更大的进展。这面临的一个严峻问题是，spaser具有固有的反馈，会导致纳米局域表面等离激元的量子产生、饱和以及随之而来的净增益消除，使其不适合用于放大。我们克服了这一固有问题，并证明spaser可以在两种模式下执行超快纳米放大器的功能：瞬态模式和双稳态模式。基于量子密度矩阵（光学布洛赫）方程，我们证明spaser的增益大于50，开关时间小于或约为100 fs（潜在可达10 fs）。这种有前景的spaser技术将进一步拓宽纳米科学的基础和应用视野，特别是能够实现时钟速度在10至100 THz的超快微处理器。其他潜在应用包括超灵敏传感、超密超快信息存储和生物医学。Spaser基于金属，与半导体相比，对电离辐射、高温、微波辐射和其他恶劣环境具有高抗性。