I ricercatori hanno progettato un nuovo tipo di laser chiamato laser ad anello a punti quantici che emette rosso, arancia, e luce verde. I diversi colori vengono emessi da diverse parti del punto quantico:rosso dal nucleo, verde dal guscio, e arancione da una combinazione di entrambi e può essere facilmente commutato controllando la competizione tra l'emissione di luce dal nucleo e il guscio.

I ricercatori, Boris le Feber, Prin traghetto, Eva De Leo, Freddy T. Rabouw, e David J. Norris, al Politecnico di Zurigo, Svizzera, hanno pubblicato un articolo sui nuovi laser in un recente numero di Nano lettere .

Il lavoro dimostra gli effetti interessanti che sono possibili con i laser basati su punti quantici, che sono sfere di cristallo nanometriche fatte di materiali semiconduttori. In questi laser, i punti quantici sono spesso rivestiti con gusci di un materiale diverso. Quando è illuminato, le conchiglie non solo emettono luce propria, ma incanalano anche i portatori fotoeccitati (eccitoni) ai nuclei dei punti quantici, che migliora l'emissione di luce del nucleo del laser.

Per realizzare laser a punti quantici in grado di passare dall'emissione di luce solo dai nuclei o solo dai gusci, i ricercatori hanno progettato una speciale cavità laser, che è la parte centrale del laser responsabile del confinamento e della riflessione della luce fino a quando non diventa altamente coerente. Sebbene i laser a punti quantici siano stati ampiamente studiati, l'effetto della cavità laser sulle prestazioni del laser a punti quantici è stato finora in gran parte inesplorato.

Nel nuovo studio, gli scienziati hanno fabbricato cavità laser di alta qualità fatte di matrici di anelli di punti quantici altamente strutturati. I laser risultanti mostrano fattori di qualità della cavità molto elevati, quasi un ordine di grandezza superiori a quelli dei tipici laser a punti quantici, che di solito hanno cavità casuali.

"Siamo stati in grado di dimostrare un semplice approccio di fabbricazione che ha portato a cavità ad anello di alta qualità che ci hanno permesso di esplorare questo comportamento di "cambio colore" in un laser a punti quantici, " Norris, Professore di Ingegneria dei Materiali all'ETH di Zurigo, detto Phys.org . "In cavità di scarsa qualità è improbabile che saremmo stati in grado di osservare questo effetto".

I ricercatori hanno dimostrato che, a basse potenze, i nuovi laser emettono luce rossa dai loro nuclei, mentre alle potenze superiori, emettono luce verde dai gusci. Alle potenze intermedie, la luce proviene sia dal nucleo che dal guscio, e così appare arancione. Come spiegano i ricercatori, è possibile soffocare completamente l'emissione del nucleo perché l'emissione del nucleo avviene su una scala temporale di picosecondi, mentre l'emissione della shell avviene su una scala temporale inferiore a un picosecondo e quindi può superare notevolmente l'emissione del core, purché la potenza del laser sia sufficientemente elevata.

Nel futuro, le proprietà uniche dei laser ad anello a punti quantici possono portare ad applicazioni nei display laser, rilevamento chimico, e altre aree. Ma prima che queste applicazioni possano essere realizzate, i ricercatori hanno in programma di migliorare ulteriormente le prestazioni del laser.

"In questo lavoro dimostriamo l'effetto 'cambiamento di colore', ma il viraggio avviene a potenze molto elevate, " Norris ha detto. "Sono necessarie ulteriori ricerche per vedere se lo stesso effetto può verificarsi a poteri più ragionevoli. Questo sarebbe utile per le applicazioni. Fortunatamente, i punti quantici continuano a migliorare (in termini di prestazioni per i laser), e possiamo applicare immediatamente questi miglioramenti ai nostri dispositivi."

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