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I ricercatori di ingegneria elettrica hanno aumentato la temperatura di esercizio di un nuovo promettente laser a semiconduttore su un substrato di silicio, avvicinandolo a una possibile applicazione commerciale.
Lo sviluppo di un laser "pompato otticamente", fatto di stagno germanio cresciuto su substrati di silicio, potrebbe portare a una maggiore velocità di microelaborazione dei chip dei computer, sensori, fotocamere e altri dispositivi elettronici, a un costo molto inferiore.
"In un periodo di tempo relativamente breve, circa due anni, siamo passati da 110 Kelvin a una temperatura record di 270K, " disse Shui-Qing "Fisher" Yu, professore associato di ingegneria elettrica. "Ora siamo molto vicini al funzionamento a temperatura ambiente e ci stiamo muovendo rapidamente verso l'applicazione di un materiale che può aumentare significativamente la velocità di elaborazione con un consumo energetico molto inferiore".
Yu guida un team multi-istituzionale di ricercatori sullo sviluppo di un laser iniettato di luce, simile a un'iniezione di corrente elettrica. Il laser migliorato copre una gamma di lunghezze d'onda più ampia, da 2 a 3 micrometri, e utilizza una soglia laser più bassa, pur essendo in grado di operare a 270 Kelvin, che è all'incirca 26 Farenheit.
"Il miglioramento si basa su un semplice, ma delicata struttura, " detto da Yiyin Zhou, dottorando nel programma Microelettronica-Fotonica, autore principale dell'articolo e membro del gruppo di ricerca di Yu. "Grazie alla tecnica di crescita epitassiale matura, potremmo ottenere la lega di alta qualità con un contenuto di stagno fino al 20 percento, che è la chiave principale per l'attuale risultato."
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. Yu e altri ricercatori sui materiali si sono concentrati sulla coltivazione di stagno 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 colleghi hanno riportato la fabbricazione della loro prima generazione, laser pompato otticamente.
L'intervallo di lunghezze d'onda più ampio significa potenzialmente più capacità di trasmettere dati, e una soglia laser più bassa e una temperatura di funzionamento più elevata facilitano un consumo energetico inferiore, che mantiene bassi i costi e aiuta con la semplicità del design.
Facilmente integrato nei circuiti elettronici, come quelli che si trovano nei chip e nei sensori dei computer, lo stagno di germanio come materiale semiconduttore 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.
I nuovi risultati sono stati riportati in Fotonica ACS .