Nanokavitet og atomisk tynde materialer fremmer teknologien til lyskilder i chipskala

Når en person bruger Facebook eller søger på Google, informationsbehandlingen sker i et stort datacenter. Kortdistance optiske sammenkoblinger kan forbedre ydeevnen af ​​disse datacentre. Nuværende systemer bruger elektroner, som kan forårsage overophedning og spild af strøm. Imidlertid, Brug af lys til at overføre information mellem computerchips og -kort kan forbedre effektiviteten.

University of Washington assisterende professor i elektroteknik og fysik Arka Majumdar, Lektor i materialevidenskab og -teknik og fysik Xiaodong Xu og deres team har opdaget et vigtigt første skridt mod at bygge elektrisk pumpede nanolasere (eller lysbaserede kilder). Disse lasere er kritiske i udviklingen af ​​integrerede fotonisk baserede optiske kortdistanceforbindelser og sensorer.

Resultaterne blev offentliggjort i en nylig udgave af Nano bogstaver .

Holdet demonstrerede dette første trin gennem hulrumsforstærket elektroluminescens fra atomisk tynde monolagsmaterialer. Tyndheden af ​​dette materiale giver effektiv koordinering mellem laserens to nøglekomponenter. Både den kavitetsforstærkede elektroluminescens og materialet vil tillade energieffektive datacentre og understøtte højtydende parallel computing.

For nylig opdagede atomisk tynde halvledere har skabt betydelig interesse på grund af at vise lysemission i 2D-grænsen. Imidlertid, på grund af den ekstreme tyndhed af dette materiale, dens emissionsintensitet er normalt ikke stærk nok, og det er vigtigt at integrere dem med fotoniske enheder (nano-lasere, i dette tilfælde) for at få mere lys ud.

"Forskere har påvist elektroluminescens i dette materiale [atomisk tyndt monolag], " sagde Majumdar. "Sidste år, vi rapporterede også driften af ​​en optisk pumpet laser med ultralav tærskel, ved at bruge dette materiale integreret med nano-hulrum. Men til praktiske formål, elektrisk drevne enheder er påkrævet. Ved at bruge dette, man kan drive enhederne ved hjælp af elektrisk strøm. For eksempel, du driver din laserpointer ved hjælp af et elektrisk batteri. "

Majumdar og Xu rapporterede for nylig om hulrumsforstærket elektroluminescens i atomisk tyndt materiale. En heterostruktur af forskellige monolagsmaterialer bruges til at øge emissionen. Uden hulrummet, emissionen er bredbånd (envejs) og svag. Et nano-hulrum øger emissionen og muliggør også single-mode (dirigeret) drift. Dette muliggør direkte modulering af emissionen, et afgørende krav til datakommunikationen.

Disse strukturer er af aktuel videnskabelig interesse og betragtes som det nye "guldfeber" inden for kondenseret stoffysik og materialevidenskab. Deres nuværende resultat og den tidligere demonstration af optisk pumpede lasere viser løftet om elektrisk pumpede nano-lasere, som udgør den næste milepæl for denne forskning. Denne næste præstation vil forbedre datacentereffektiviteten for optimal ydeevne.

"Vores team undersøger i øjeblikket integration af monolagsmaterialerne med en siliciumnitridplatform, " sagde Majumdar. "Gennem dette arbejde, vi håber at opnå den eftertragtede CMOS [komplementær metal-oxid-halvleder]-kompatibilitet, som er den samme proces, som computerprocessorerne fremstilles ved i dag."

Forskningen er støttet af bevillinger fra National Science Foundation og Air Force Office of Scientific Research.