Viene progettata una nuova eterostrutture dirette-indirette, dove l'emissione laser si verifica solo da regioni di pozzo quantistico ma i vettori vengono iniettati da regioni indirette, dove la ricombinazione è soppressa. Ciò fornisce un "rabbocco" continuo della densità dei portatori nel pozzo quantistico, causando nanosecondi laser dopo l'eccitazione sub-picosecondo. Accoppiato con una lunghezza di correlazione ottica in scala mm, corrispondente a una riflettività delle estremità di oltre il 70%, queste due caratteristiche forniscono soglie laser a temperatura ambiente record per i laser a nanofili integrabili al silicio nel vicino infrarosso Credito:di Stefan Skalsky, Yunyan Zhang, Juan Arturo Alanis, H. Aruni Fonseka, Ana M. Sanchez, Huiyun Liu e Patrick Parkinson
I laser a nanofili a semiconduttore sono un componente cruciale per l'optoelettronica integrata su chip. Però, integrato al silicio, temperatura ambiente, laser a nanofili a funzionamento continuo e pompati elettricamente non sono ancora stati dimostrati. In questo lavoro, viene mostrato un metodo per ottenere un laser quasi a quattro livelli a bassa soglia utilizzando lo scattering di banda da indiretto a diretto. Ciò è reso possibile dall'uso di una cavità ad alto Q, e, utilizzando una tecnica di interferometria temporizzata, la riflettività delle estremità viene misurata direttamente per la prima volta.
Nell'ultimo decennio, l'idea del calcolo fotonico, in cui gli elettroni vengono sostituiti con la luce nei circuiti microelettronici, è emersa come una tecnologia futura. Questo promette a basso costo, calcolo ad altissima velocità e potenzialmente quantistico, con applicazioni specifiche nell'apprendimento automatico ad alta efficienza e nel calcolo neuromorfo. Mentre gli elementi di calcolo e i rilevatori sono stati sviluppati, la necessità di nanoscala, le sorgenti luminose ad alta densità e facilmente integrabili rimangono insoddisfatte. I nanofili semiconduttori sono visti come un potenziale candidato, a causa delle loro piccole dimensioni (dell'ordine della lunghezza d'onda della luce), la possibilità di crescita diretta sul silicio standard del settore, e il loro uso di materiali consolidati. Però, ad oggi, tali laser a nanofili su silicio non hanno dimostrato di funzionare continuamente a temperatura ambiente.
In un nuovo articolo pubblicato su Scienza e applicazioni della luce , scienziati del Photon Science Institute di Manchester, Il Regno Unito con i colleghi dell'University College di Londra e dell'Università di Warwick dimostrano un nuovo percorso per ottenere laser a nanofili a bassa soglia integrabili al silicio. Basato su nuove eterostrutture a semiconduttore diretto-indiretto abilitate dalla piattaforma nanowire, dimostrano laser multi-nanosecondo a temperatura ambiente. Un elemento chiave del design è la necessità di estremità di nanofili ad alta riflettività; questo è in genere un requisito impegnativo, poiché i metodi di crescita comuni non consentono una semplice ottimizzazione per aspetti finali di alta qualità. Però, in questo studio, impiegando un nuovo interferometro temporizzato, i ricercatori dimostrano che la riflettività può essere superiore al 70%, circa il doppio di quella prevista per un laser convenzionale a estremità piatta a causa del confinamento della luce.
Insieme, la nuova struttura del materiale e la cavità di alta qualità contribuiscono a una soglia laser bassa, una misura della potenza richiesta per attivare il laser nei nanofili, di soli 6 uJ/cm
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, ordini di grandezza inferiori a quanto precedentemente dimostrato. Non solo questo nuovo approccio fornisce nanolaser di alta qualità, ma la crescita di MBE fornisce un alto rendimento di cavi funzionanti, con oltre l'85% dei nanofili testati che funzionano a piena potenza senza danni termici. Questo alto rendimento è fondamentale per l'integrazione industriale di questa nuova struttura.
