Uno dei segreti per far funzionare in modo ancora più efficiente piccoli dispositivi laser come i bisturi per chirurgia oftalmica è l'uso di minuscole particelle semiconduttrici, chiamati punti quantici. In una nuova ricerca presso il Nanotech Team del Los Alamos National Laboratory, i punti di dimensioni ~nanometriche vengono ritoccati, o "drogato, " con elettroni aggiuntivi, un trattamento che avvicina i puntini sempre più alla produzione della luce laser desiderata con meno stimoli e perdite di energia.

"Quando adattiamo adeguatamente il profilo compositivo all'interno delle particelle durante la loro fabbricazione, e quindi iniettare due o più elettroni in ciascun punto, diventano più in grado di emettere luce laser. È importante sottolineare che richiedono una potenza notevolmente inferiore per avviare l'azione laser, " ha detto Victor Klimov, capo del team Nanotech.

Per forzare un materiale ad emettere luce laser si deve lavorare verso una "inversione di popolazione, " questo è, facendo in modo che il numero di elettroni in uno stato elettronico di energia superiore superi il numero di elettroni in uno stato di energia inferiore. Per raggiungere questa condizione normalmente, si applica uno stimolo esterno (ottico o elettrico) di una certa potenza, che dovrebbe superare un valore critico chiamato "soglia di guadagno ottico". In un recente progresso che cambia il paradigma, I ricercatori di Los Alamos hanno dimostrato che aggiungendo elettroni extra nei loro punti quantici appositamente progettati, possono ridurre questa soglia praticamente a zero.

Un materiale laser standard, quando stimolato da una pompa, assorbe la luce per un po' prima che inizi a brillare. Sulla via del laser, il materiale passa attraverso lo stato di "trasparenza ottica" quando la luce non è né assorbita né amplificata. Aggiungendo vettori di addebito extra ai loro punti quantici, i ricercatori di Los Alamos sono stati in grado di bloccare l'assorbimento e creare lo stato di trasparenza senza stimoli esterni. Ciò implica che anche un pompaggio estremamente debole può ora avviare l'emissione laser.

Un altro ingrediente importante di questa ricerca è un nuovo tipo di punti quantici con i loro interni progettati per mantenere lo stato di attivazione del laser molto più a lungo rispetto alle particelle standard. Normalmente, la presenza di elettroni in più sopprimerebbe il laser perché l'energia del punto quantico viene rapidamente rilasciata non come un flusso di fotoni ma come calore dispendioso. Il nuovo design delle particelle di Los Alamos elimina queste perdite parassite, reindirizzando l'energia della particella nel canale di emissione. "Questi studi aprono opportunità entusiasmanti per la realizzazione di nuovi tipi di dispositivi laser a bassa soglia che possono essere fabbricati da una soluzione utilizzando una varietà di substrati e design di cavità ottiche per applicazioni che vanno dalla fibra ottica e array laser su larga scala all'illuminazione laser e lab-on -tecnologie di rilevamento a chip, " ha detto Klimov.

La ricerca è descritta nella rivista Nanotecnologia della natura questa settimana.