Gli scienziati di Los Alamos hanno incorporato punti quantici colloidali meticolosamente progettati in un nuovo tipo di diodi a emissione di luce (LED) contenenti un risonatore ottico integrato, che consente loro di funzionare come laser. Questi romanzi, dispositivi a doppia funzione aprono la strada a soluzioni versatili, diodi laser di facile produzione. La tecnologia può potenzialmente rivoluzionare numerosi campi dalla fotonica e optoelettronica al rilevamento chimico e alla diagnostica medica.

"Quest'ultima svolta insieme ad altri recenti progressi nella chimica dei punti quantici e nell'ingegneria dei dispositivi che abbiamo raggiunto suggeriscono che i diodi laser assemblati dalla soluzione potrebbero presto diventare una realtà, " ha detto Victor Klimov, capo del gruppo di punti quantici al Los Alamos National Laboratory. "I display ei televisori a punti quantici sono già disponibili come prodotti commerciali. I laser a punti quantici colloidali sembrano essere i prossimi in linea".

I laser colloidali a punti quantici possono essere fabbricati utilizzando meno costosi, metodi più semplici rispetto ai moderni diodi laser a semiconduttore che richiedono sofisticati, a base di vuoto, tecniche di deposizione strato per strato. I laser processabili in soluzione possono essere prodotti in condizioni di laboratorio e di fabbrica meno impegnative, e potrebbe portare a dispositivi che andrebbero a beneficio di una serie di campi emergenti, compresi i circuiti fotonici integrati, circuiti ottici, piattaforme lab-on-a-chip, e dispositivi indossabili.

Negli ultimi due decenni, il team di punti quantici di Los Alamos ha lavorato su aspetti fondamentali e applicati dei dispositivi laser basati su nanocristalli semiconduttori preparati tramite chimica colloidale. Queste particelle, noto anche come punti quantici colloidali, possono essere facilmente elaborati dal loro ambiente di soluzione nativo per creare varie ottiche, elettronico, e dispositivi optoelettronici. Per di più, possono essere "tagliati" per applicazioni laser per produrre colori non accessibili con i diodi laser a semiconduttore esistenti.

In un articolo pubblicato oggi in Comunicazioni sulla natura , i ricercatori di Los Alamos hanno risolto con successo diverse sfide lungo il percorso verso una tecnologia dei punti quantici colloidale commercialmente valida. In particolare hanno dimostrato un LED operativo, che fungeva anche da pompa ottica, laser a bassa soglia. Per ottenere questi comportamenti, hanno incorporato un risonatore ottico direttamente nell'architettura LED senza ostruire i flussi di portatori di carica nello strato di emissione di punti quantici. Ulteriore, progettando attentamente la struttura del loro dispositivo multistrato, potrebbero ottenere un buon confinamento della luce emessa all'interno del mezzo punto quantico ultrasottile dell'ordine di 50 nanometri di diametro. Questa è la chiave per ottenere l'effetto laser e, allo stesso tempo, consentendo l'eccitazione efficiente dei punti quantici da parte della corrente elettrica. L'ingrediente finale di questa dimostrazione di successo è stato unico, punti quantici fatti in casa perfezionati per applicazioni laser per ricette sviluppate dal team di Los Alamos nel corso degli anni di ricerca sulla chimica e la fisica di queste nanostrutture.

Attualmente, gli scienziati di Los Alamos stanno affrontando la restante sfida, che sta aumentando la densità di corrente a livelli sufficienti per ottenere la cosiddetta "inversione di popolazione", il regime in cui il mezzo attivo del punto quantico si trasforma in un amplificatore di luce.