Undersøgelse kan føre til billigere forbrugerlasere og lysdioder

(Phys.org) - En nylig teoretisk undersøgelse foretaget af en University of Waterloo -doktorand i nanoteknologi viser, at producenter en dag kan lave lasere og lysdioder af silicium, med potentiale til at sænke deres pris markant.

Daryoush Shiri siger, at fremstilling af lasere og lysemitterende dioder (LED) af bulk silicium, et af de mest rigelige mineraler på jorden, har været et mangeårigt mål for det fotoniske ingeniørmiljø. Men selvom prisen på silicium er lav, den lider af en iboende elektronisk egenskab kaldet indirekte båndgab, der forhindrer lysemissionen fra dette materiale. Som resultat, lasere fremstilles i øjeblikket ved hjælp af andre, dyrere materialer.

"Omfattende numeriske beregninger, der involverede førsteprincip kvantemekaniske og andre undersøgelser, viste, at silicium nanotråde viser dramatiske ændringer i lysemissionsegenskaber, når vi anvender mekanisk belastning, "sagde Shiri.

Hans resultater blev for nylig offentliggjort i Videnskabelige rapporter , et tidsskrift for Nature Publishing Group. Shiris forskning viser, at ved at strække eller komprimere silicium nanotråd, du kan forårsage væsentlige ændringer i dets lysemissionsevner. At føre en elektrisk strøm gennem enheden i anstrengt tilstand fører til befolkningsinversion, hvilket betyder, at elektroner er klar til lysemission. Når stammen er fjernet, elektronerne frigiver deres energi som lyspakker, det centrale princip for lasning. Shiri påpeger, at denne mekanisme til lasning er unik for silicium nanotråde, og at den ikke kan opnås i bulk silicium. Farven på det udsendte lys kan styres både ved belastning og ved hjælp af nanotråde med forskellige diametre.

Samarbejde med et laboratorium med evnen til at fremstille silicium nanotråde er det næste trin. Shiri vil gerne se de små whisker-lignende siliciumstrukturer reduceret fra de typiske 10 nanometer til tre til fem nanometer. Ved at reducere nanotrådens diameter, elektroner har en bedre chance for at afgive deres energi som lys. Han forventer, at det vil tage mellem to til fem års eksperimenter, indtil nanotråde er fremstillet til de ideelle skalaer.

Forbrugerne ser lasere i alt fra supermarkedets stregkodescannere, laserprintere, til cd- eller dvd -afspillere. LED'er bruges i billygter, lamper, og andre forbrugerprodukter.

Shiri samarbejdede om sin forskning med sin doktorafhandling vejledere C.R. Selvakumar, en professor i elektroteknik og computerteknik ved Waterloo; Anant Anantram, en tidligere ingeniørprofessor ved Waterloo, der nu er ved University of Washington-Seattle; og Amit Verma, en professor ved Texas A &M University-Kingsville.