Immagina di creare un materiale per l'autostrada dell'informazione digitale che consenta una corsia veloce di luce laser che comprime i dati oltre i tradizionali chip di silicio.

Un team multi-istituzionale di ricercatori, guidato dal professore di ingegneria dell'Università dell'Arkansas Shui-Qing "Fisher" Yu e da un importante produttore di apparecchiature per semiconduttori dell'Arkansas, hanno apportato miglioramenti significativi a un nuovo tipo di laser, un dispositivo semiconduttore a cui viene iniettata luce, simile a un'iniezione di corrente elettrica. Questo laser "pompato otticamente", che è fatto di stagno germanio cresciuto su substrati di silicio, potrebbe portare a una maggiore velocità di microelaborazione a costi molto inferiori.

Le nuove scoperte, segnalato in Fotonica ACS , una rivista dell'American Chemical Society, dimostrato che la versione più recente di questo tipo di laser è in grado di coprire una gamma di lunghezze d'onda più ampia, da 2 a 3 micrometri, mentre si utilizza una soglia laser più bassa e una temperatura di funzionamento più elevata - 180 Kelvin, o meno 135 Fahrenheit, il che significa minor consumo di energia.

La lega germanio stagno è un promettente materiale semiconduttore che può essere facilmente integrato nei circuiti elettronici, come quelli che si trovano nei chip e nei sensori dei computer. Il materiale potrebbe portare allo sviluppo di prodotti a basso costo, leggero, componenti elettronici compatti e a basso consumo che utilizzano la luce per la trasmissione e il rilevamento delle informazioni.

Lo stagno al germanio sfrutta un'efficiente emissione di luce, una caratteristica che il silicio, il semiconduttore standard per i chip dei computer, non poter fare. Negli ultimi anni, scienziati e ingegneri dei materiali, tra cui Yu e molti dei suoi colleghi su questo progetto, si sono concentrati sulla coltivazione di stagno di germanio su substrati di silicio per costruire un "superchip" optoelettronico in grado di trasmettere dati molto più velocemente degli attuali chip. Nel 2016, Yu e i suoi colleghi hanno riferito della fabbricazione della loro prima generazione, laser pompato otticamente.

I ricercatori hanno prima raggiunto una temperatura di operazioni laser fino a 110 Kelvin. La temperatura più recente raggiunta dal loro laser è di 180 Kelvin, o meno 135 gradi Fahrenheit, il più alto riportato finora per un laser a stagno al germanio.

Una gamma di lunghezze d'onda più ampia significa potenzialmente più capacità di trasmettere dati, ha detto Yu. Una soglia laser più bassa e una temperatura di funzionamento più elevata facilitano un minor consumo di energia, che mantiene bassi i costi e aiuta con la semplicità del design. Yu ha affermato che questi miglioramenti indicano che il dispositivo è più vicino all'applicazione pratica.

Yu ha attribuito le prestazioni superiori del laser agli esclusivi approcci di crescita epitassiale che i ricercatori hanno sviluppato sulla base di metodi di crescita del materiale scoperti di recente. L'epitassia è il processo di deposizione di strati, o wafer, di materiali semiconduttori su un substrato cristallino.

"I risultati riportati in questo lavoro mostrano un importante progresso verso le sorgenti laser per la fotonica integrata, " disse Yu.