In uno sviluppo rivoluzionario, Gli scienziati di Los Alamos hanno dimostrato di poter amplificare con successo la luce utilizzando pellicole eccitate elettricamente di nanocristalli semiconduttori sintetizzati chimicamente noti come punti quantici. I film di punti quantici sono integrati in dispositivi molto simili agli ormai onnipresenti diodi a emissione di luce (LED), ma, in questo caso progettato per sostenere le elevate densità di corrente richieste per raggiungere il regime di guadagno ottico. Si vedono ogni giorno diodi laser nei puntatori laser, lettori di codici a barre e simili, e un elemento chiave di tali dispositivi è un mezzo di guadagno ottico, che invece di assorbire la luce incidente, lo amplifica.

"Il guadagno ottico con i punti quantici eccitati elettricamente è ora una realtà, " ha detto Victor Klimov, capo del team di punti quantici a Los Alamos. "Abbiamo lavorato per sviluppare nuovi mezzi laser, utilizzando punti quantici sintetizzati chimicamente, sebbene fosse ampiamente creduto che il laser a punti quantici con la stimolazione elettrica fosse semplicemente impossibile, " ha detto. "Utilizzando i nostri punti appositamente progettati, possiamo evitare perdite di energia create dalla ricombinazione Auger."

nuovi laser, reso più efficiente

Questi risultati dimostrano la fattibilità di una nuova generazione di dispositivi altamente flessibili, laser pompati elettricamente lavorabili da soluzioni che possono integrare o addirittura eventualmente sostituire diodi laser esistenti fabbricati utilizzando tecniche epitassiali basate sul vuoto più complesse e costose. Questi potenziali dispositivi possono consentire una varietà di applicazioni, dai moduli laser RGB per display e proiettori, a micro-laser multi lunghezza d'onda per la diagnostica biologica e chimica.

Punti di design senza perdita di calore

Nel nuovo rapporto pubblicato oggi in Materiali della natura , il team di Los Alamos dimostra che usando i loro punti quantici "designer", possono ottenere l'amplificazione della luce in un solido nanocristallino con pompaggio elettrico a corrente continua. La proprietà chiave dei nuovi punti quantici, sottolineando il successo dello studio condotto, è un interno particellare accuratamente progettato in cui la composizione del materiale viene continuamente variata lungo una direzione radiale. Questo approccio elimina bruschi passaggi nella composizione atomica che normalmente innescherebbero la ricombinazione Auger. Di conseguenza, i punti quantici ingegnerizzati presentano una soppressione quasi completa della perdita di calore dell'effetto Auger, e ciò consente di reindirizzare l'energia rilasciata dalla corrente elettrica nel canale di emissione della luce invece del calore disperso.

Il team di nanotecnologia di Los Alamos ha originariamente scoperto l'effetto laser nei nanocristalli semiconduttori nel 2000. In questi esperimenti di prova del principio, riportato sul giornale Scienza , i punti quantici sono stati stimolati con impulsi laser molto brevi (femtosecondi) utilizzati per superare il decadimento del guadagno ottico causato dal processo Auger. La breve durata del guadagno ottico crea un problema particolarmente serio nel caso di pompaggio elettrico, che è un processo intrinsecamente lento poiché elettroni e lacune vengono iniettati nel punto quantico uno per uno.

Rimanere concentrato

Un altro elemento importante di questo lavoro è una speciale architettura del dispositivo "concentrante la corrente" che consente le elevate densità di corrente necessarie per ottenere il guadagno ottico. Il metodo utilizzato dai ricercatori di Los Alamos era quello di rastremare uno degli elettrodi di iniezione di carica, limitare la dimensione dell'area conduttrice di corrente a meno di 100 micron. Utilizzando questa strategia, sono stati in grado di produrre una concentrazione di corrente sufficiente per raggiungere il regime di amplificazione della luce senza danneggiare né i punti né gli strati di iniezione.