LinkedIn YouTube Facebook
Szukaj

Wstecz
Aktualności

Kwantowe kropki krzemowe – nowa przyszłość laserów

Obecne technologie diod laserowych wykorzystują względnie drogie próżniowe techniki epitaksjalne. Od ponad dekady naukowcy próbowali udoskonalić tę metodę lub zastąpić ją innym rozwiązaniem. Niedawno badacze z Los Alamaos National Laboratory uzyskali przełomowe wyniki – wzmocnienie optyczne z wykorzystaniem błon pokrytych kropkami kwantowymi wykonanymi z nanokryształów, które można otrzymać z roztworu chemicznego. To osiągnięcie może doprowadzić do powstania laserów o znacznie wyższej sprawności i mocy. Mogłyby one również pracować w znacznie szerszym zakresie długości fal. Umożliwiłoby to ponadto realizację nowych zastosowań, takich jak laserowe moduły RGB dla projektorów i wyświetlaczy wysokiej rozdzielczości, a także udoskonalenie analizy chemicznej dzięki wielu mikro-laserom o różnych długościach fal.

Grafika przedstawia obraz udoskonalonej kropki kwantowej pod mikroskopem elektronowym oraz jej model (po lewej), schemat struktury układu obrazujący skupienie przepływu prądu (w środku) oraz działające urządzenie. Źródło: lanl.gov

„Wzmocnienie optyczne za pomocą elektrycznie pobudzonych kropek kwantowych stało się rzeczywistością.” – oznajmił Victor Klimov, kierownik zespołu ds. kropek kwantowych w Los Alamos. „Pracowaliśmy nad stworzeniem nowego aktywnego medium laserowego przy pomocy kropek kwantowych wytworzonych w metodą syntezy chemicznej – choć panuje powszechne przekonanie, że wywołanie akcji laserowej w kropce kwantowej poprzez pobudzenie elektryczne jest po prostu niemożliwe. Jednak wykorzystując nasze specjalnie zaprojektowane kropki, możemy uniknąć strat energii na skutek samojonizacji (rekombinacji Augera).”

Zespołowi z Los Alamos udało się zademonstrować wzmocnienie światła w stałym nanokrysztale poprzez pompowanie prądem stałym. Opracowując proces, który prowadzi do utworzenia materiału zmiennego w sposób ciągły wzdłuż kierunku radialnego, naukowcom udało się usunąć gwałtowne zmiany w strukturze atomowej, na których następowała samojonizacja.

Samojonizacja powodowała zanik wzmocnienia optycznego i wytracanie energii w postaci ciepła – to główna wada nanokryształowych kropek kwantowych, znana od dłuższego czasu. Sprawiało to, że akcja laserowa przebiegała bardzo nieefektywnie. Praca naukowa opublikowana w Nature Materials w 2000 roku, również autorstwa Klimova, jako pierwsza zaprezentowała możliwość wzmocnienia optycznego pomimo występowania rekombinacji Augera. Stanowiła ona bazę, która ostatecznie doprowadziła do najnowszego odkrycia.

Kolejnym niezwykle ważnym odkryciem dokonanym w Los Alamos była stworzenie układu skupiającego prąd. Nowa architektura pozwoliła uzyskać znacznie wyższe gęstości prądu w procesie pompowania, co przełożyło się na wyższe wzmocnienie optyczne. Stosując zwężające się elektrody wstrzykujące ładunek, badacze byli w stanie ograniczyć powierzchnię przewodzącą prąd do rozmiaru 100 mikronów. Pozwoliło to skoncentrować prąd, aby zwiększyć wzmocnienie światła bez uszkadzania kropek kwantowych lub warstw wstrzykiwania.

Polski portal branżowy dedykowany zagadnieniom elektroniki. Przeznaczony jest dla inżynierów i konstruktorów, projektantów hardware i programistów oraz dla studentów uczelni technicznych i miłośników elektroniki. Zaglądają tu właściciele startupów, dyrektorzy działów R&D, zarządzający średniego szczebla i prezesi dużych przedsiębiorstw. Oprócz artykułów technicznych, czytelnik znajdzie tu porady i pełne kursy przedmiotowe, informacje o trendach w elektronice, a także oferty pracy. Przeczyta wywiady, przejrzy aktualności z branży w kraju i na świecie oraz zadeklaruje swój udział w wydarzeniach, szkoleniach i konferencjach. Mikrokontroler.pl pełni również rolę patrona medialnego imprez targowych, konkursów, hackathonów i seminariów. Zapraszamy do współpracy!