Scienziati della Nanyang Technological University, Singapore (NTU Singapore) ha sviluppato un modo per far sì che i punti quantici colloidali producano luce laser con l'aiuto di un campo elettrico.

I punti quantici colloidali (CQD) sono nanoparticelle di semiconduttori in grado di generare colori di luce vividi e saturi in modo efficiente, che vengono utilizzati per realizzare schermi di visualizzazione di molti dispositivi elettronici.

Sebbene i CQD dovrebbero essere promettenti come materiali laser, non sono ancora pratici poiché devono essere alimentati da un'altra fonte di energia luminosa, un metodo noto come pompaggio ottico. Però, questo li rende troppo ingombranti per l'uso nell'elettronica dei semiconduttori.

Negli ultimi anni, i ricercatori hanno provato vari approcci per semplificare l'uso dei CQD nei laser, compresi i metodi elettrochimici o il doping chimico. Questi approcci richiedono l'uso di solventi chimici aggressivi o ambienti privi di ossigeno nella loro produzione, e quindi sono stati limitati a esperimenti su scala di laboratorio.

In un articolo pubblicato su Progressi scientifici , L'assistente professore della NTU Steve Cuong Dang insieme al dottorato di ricerca. studente Yu Junhong, hanno dimostrato come un campo elettrico può aiutare i CQD a emettere luce laser utilizzando solo una frazione dell'energia tradizionalmente richiesta per azionare un laser.

Nei loro esperimenti, gli scienziati NTU hanno incorporato CQD tra due elettrodi, che fornisce un campo elettrico per controllare e modificare le proprietà all'interno dei CQD. Manipolando queste proprietà, gli scienziati hanno abbassato la soglia di energia necessaria per il laser di circa il 10 percento, avvicinando alla realtà la prospettiva dei laser CQD.

Questa riduzione della soglia è la prima volta che i ricercatori la abbassano utilizzando un campo elettrico, invece di metodi elettrochimici difficili da usare.

Essere in grado di costruire a basso costo, laser di piccole dimensioni che sono "guidati elettricamente" in un'ampia gamma di colori sono il Santo Graal per molti ricercatori ottici e optoelettronici. I laser sono la tecnologia fondamentale per vari settori, tra cui quello medico, sicurezza ed elettronica di consumo, e sono essenziali per lo sviluppo dei televisori laser.

"Il nostro esperimento di successo ci porta un passo avanti verso lo sviluppo di laser a colori monomateriale che possono essere pompati elettricamente. Questo risultato alla fine renderebbe possibile mettere i laser su sistemi integrati di chip utilizzati nell'elettronica di consumo e nell'Internet of Things (IOT) ", ha affermato il prof. Asst Dang, dalla Scuola di Ingegneria Elettrica ed Elettronica (AEE).

Vantaggi dei punti quantici colloidali

I punti quantici colloidali sono prodotti facilmente ed economicamente in semplici sintesi chimiche in fase liquida, e le loro proprietà ottiche ed elettroniche possono essere alterate e controllate variando la dimensione delle particelle.

I nanomateriali colloidali sono attraenti per i produttori di laser a causa del loro basso costo, colore di emissione regolabile e alta efficienza di emissione. Tuttavia, farli perdere al momento richiede tempi rapidi, pompaggio ottico intenso e coerente, considerando che il pompaggio elettrico è lento, debole e incoerente.

Insieme ai suoi collaboratori Prof Hilmi Volkan Demir e Assoc Wang Hong di EEE, e il Prof Sum Tze Chien della Scuola di Scienze Fisiche e Matematiche, Asst Prof Dang ha dimostrato che l'applicazione di un campo elettrico abbassa la soglia laser dei CQD, e potrebbe portare a laser CQD pompati elettricamente.

Il professor Demir ha detto, "La prossima grande sfida nella ricerca sui laser è sviluppare laser su scala nanometrica e integrarli in dispositivi fotonici su chip e sensori ultrasensibili. Ciò porterebbe un impatto significativo alla società moderna, in particolare nell'elaborazione di dati e informazioni, che sta guidando la 4a rivoluzione industriale. Raggiungerla sarebbe un importante passo avanti nella trasformazione dell'Industria 4.0 di Singapore".

Il team sta ora cercando di approfondire la ricerca sulla realizzazione di minuscoli laser CQD su un chip e di lavorare con partner del settore desiderosi di sviluppare la tecnologia in dispositivi di prova con applicazioni pratiche.

Questo progetto interdisciplinare è stato finanziato dal Ministero della Pubblica Istruzione, National Research Foundation Singapore (NRF) e Agenzia per la scienza, Tecnologia e Ricerca (A*STAR), e coinvolto Ph.D. studente Yu Junhong e il dottor Sushant Shendre, un ricercatore presso LUMINOUS di NTU! Centro di eccellenza per l'illuminazione e i display a semiconduttore.

Documento intitolato "Controllo elettricamente emissione spontanea amplificata in punti quantici colloidali, " pubblicato in Progressi scientifici , 25 ottobre 2019.