如今电子设备中的激光器通常是红色的——从DVD播放器到条形码扫描仪，应用广泛——但一项新成果可能为制造彩虹色激光器指明方向。传统的电子激光器由半导体层制成。现在，研究人员已经设计出晶体半导体微粒，比以前更容易地产生激光。
这项成果使微小的薄片（称为纳米晶体）朝着实现其承诺迈出了关键一步，即仅通过改变晶体的大小即可定制激光的颜色，这可能带来更强大的工具，用于检测化学物质或通过光闪烁发送信息。
激光的颜色取决于发光材料。具体来说，半导体为电子提供了两种能量状态的选择，即较低或较高，有点像有两个横档的梯子。带隙，即横档之间能量的差异，决定了发射光的波长。“在纳米晶体中，带隙随其尺寸而变化——尺寸越小，带隙越大，”新墨西哥州洛斯阿拉莫斯国家实验室的物理学家维克托·克里莫夫说。
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挑战在于让纳米晶体的电子协同工作。当材料的大部分电子处于激发态或较高能量状态时，就会产生激光。然后，入射光子会将电子从顶部横档敲击到底部横档，在此过程中踢出两个相同的光子，从而导致光的放大。
在宽度从2到150纳米的纳米晶体中，每个晶体只有两个电子可以在能量横档之间跃迁。当这对电子的两个成员都被激发时，其中一个通常会在被入射光子击中之前落到较低的横档，在此过程中不产生光子，并且留下太少的激发电子来产生激光。
克里莫夫和他的同事们通过将纳米晶体分裂成硫化镉核和硒化锌壳克服了这个障碍。据本周发表在《自然》杂志上的一份报告称，核捕获激发电子的时间为2纳秒——比正常时间长50倍，并且足够长，可以被外部光子击中。
罗切斯特大学的化学家托德·克劳斯说，在此结果之前，纳米晶体激光器需要自己的超强激光器才能启动。他补充说，如果这种双层晶体足够持久和高效，可以与电子设备熔合，“你将开启一系列完整的应用。”
克劳斯说，与今天的激光器相比，纳米晶体激光器可能更便宜、更高效且用途更广泛，或许可以用于化学传感器或能够快速切换激光颜色的光学通信设备。“潜力是存在的，”他说。