Kolloide kvantepunktlaserdioder er lige rundt om hjørnet

Los Alamos -forskere har indarbejdet omhyggeligt konstruerede kolloide kvantepunkter i en ny type lysemitterende dioder (LED'er), der indeholder en integreret optisk resonator, hvilket giver dem mulighed for at fungere som lasere. Disse romaner, dobbeltfunktionsenheder rydder vejen mod alsidige, fremstillingsvenlige laserdioder. Teknologien kan potentielt revolutionere mange områder fra fotonik og optoelektronik til kemisk sansning og medicinsk diagnostik.

"Dette seneste gennembrud sammen med andre nylige fremskridt inden for quantum dot chemistry og device engineering, som vi har opnået, tyder på, at laserdioder samlet fra løsning snart kan blive en realitet, "sagde Victor Klimov, leder af quantum dot -gruppen ved Los Alamos National Laboratory. "Quantum dot displays og fjernsyn er allerede tilgængelige som kommercielle produkter. De kolloidale quantum dot lasere ser ud til at være den næste i rækken."

Kolloide kvantepunktlasere kan fremstilles ved hjælp af billigere, enklere metoder end moderne halvlederlaserdioder, der kræver sofistikerede, vakuumbaseret, lag-for-lag deponeringsteknikker. Løsninger, der kan behandles i løsninger, kan produceres i mindre udfordrende laboratorie- og fabriksbetingelser, og kan føre til enheder, der vil gavne en række nye felter, herunder integrerede fotoniske kredsløb, optiske kredsløb, lab-on-a-chip-platforme, og bærbare enheder.

I de sidste to årtier har Los Alamos quantum dot -team har arbejdet med fundamentale og anvendte aspekter af laserenheder baseret på halvleder -nanokrystaller fremstillet via kolloidal kemi. Disse partikler, også kendt som kolloide kvantepunkter, kan let behandles fra deres native løsningsmiljø for at skabe forskellige optiske, elektronisk, og optoelektroniske enheder. Desuden, de kan 'størrelsesjusteres' til laserapplikationer til fremstilling af farver, der ikke er tilgængelige med eksisterende halvlederlaserdioder.

I et papir, der blev offentliggjort i dag i Naturkommunikation , Los Alamos -forskerne har med succes løst adskillige udfordringer på vejen til kommercielt levedygtig kolloidal quantum dot -teknologi. Især demonstrerede de en operationel LED, som også fungerede som en optisk pumpet, lavterskel laser. For at opnå denne adfærd, de inkorporerede en optisk resonator direkte i LED-arkitekturen uden at blokere ladningsbærerstrømme ind i det kvantepunktemitterende lag. Yderligere, ved omhyggeligt at designe strukturen på deres flerlags -enhed, de kunne opnå god indeslutning af det udsendte lys inden for det ultratynde kvantepunktmedium i størrelsesordenen 50 nanometer på tværs. Dette er nøglen til at opnå lasereffekten og, på samme tid, muliggør effektiv excitation af kvantepunkterne ved hjælp af den elektriske strøm. Den sidste ingrediens i denne vellykkede demonstration var unik, hjemmelavede kvantepunkter perfektioneret til laserapplikationer pr. opskrifter udviklet af Los Alamos-teamet gennem mange års forskning i kemi og fysik i disse nanostrukturer.

I øjeblikket, Los Alamos -forskerne løser den resterende udfordring, som øger strømtætheden til niveauer, der er tilstrækkelige til at opnå såkaldt 'befolkningsinversion'-regimet, når det kvante prikaktive medium bliver til en lysforstærker.