Team opnår lysforstærkning med elektrisk stimulerede kvanteprikker

I en banebrydende udvikling, Los Alamos-forskere har vist, at de med succes kan forstærke lyset ved hjælp af elektrisk exciterede film af de kemisk syntetiserede halvleder-nanokrystaller kendt som kvanteprikker. Kvanteprikfilmene er integreret i enheder ligesom de nu allestedsnærværende lysemitterende dioder (LED'er), men, i dette tilfælde designet til at opretholde de høje strømtætheder, der kræves for at opnå det optiske forstærkningsregime. Man ser laserdioder hver dag i laserpointere, stregkodelæsere og lignende, og et nøgleelement i sådanne enheder er et medium med optisk forstærkning, som i stedet for at absorbere indfaldende lys, forstærker det.

"Optisk forstærkning med elektrisk exciterede quanum prikker er nu en realitet, " sagde Victor Klimov, leder af quantum dot teamet i Los Alamos. "Vi har arbejdet på at udvikle nye lasermedier, ved hjælp af kemisk syntetiserede kvanteprikker, selvom det havde været en udbredt opfattelse, at kvantepunktlasering med elektrisk stimulation simpelthen er umuligt, " sagde han. "Ved at bruge vores specialdesignede prikker, vi kan undgå energitab skabt af Auger-rekombination."

Nye lasere, gøres mere effektivt

Disse resultater viser gennemførligheden af ​​en ny generation af meget fleksible, elektrisk pumpede lasere, der kan behandles fra løsninger, der kan komplementere eller endda i sidste ende fortrænge eksisterende laserdioder fremstillet ved hjælp af mere komplekse og dyre vakuumbaserede epitaksiale teknikker. Disse potentielle enheder kan muliggøre en række applikationer, fra RGB lasermoduler til skærme og projektorer, til multi-bølgelængde mikrolasere til biologisk og kemisk diagnostik.

Designerprikker uden varmetab

I den nye rapport offentliggjort i dag i Naturmaterialer , Los Alamos-holdet demonstrerer, at ved at bruge deres "designer" kvanteprikker, de kan opnå lysforstærkning i et nanokrystal fast stof med elektrisk jævnstrømspumpning. Nøgleegenskaben ved de nye kvanteprikker, understreger den gennemførte undersøgelses succes, er et omhyggeligt konstrueret partikelinteriør, hvor materialets sammensætning kontinuerligt varieres i radial retning. Denne tilgang eliminerer skarpe trin i atomsammensætningen, som normalt ville udløse Auger-rekombination. Som resultat, de konstruerede kvanteprikker har næsten fuldstændig undertrykkelse af Auger-effektens varmetab, og dette gør det muligt at omdirigere den energi, der frigives af den elektriske strøm, ind i lysemissionskanalen i stedet for spildvarme.

Los Alamos nanoteknologihold opdagede oprindeligt lasereffekten i halvleder-nanokrystaller i 2000. I disse proof-of-princip-eksperimenter, rapporteret i journalen Videnskab , kvanteprikkerne blev stimuleret med meget korte (femtosekund) laserimpulser, der blev brugt til at udkonkurrere optisk forstærkningshenfald forårsaget af Auger-processen. Korte optiske forstærkningslevetider skaber et særligt alvorligt problem i tilfælde af elektrisk pumpning, hvilket er en iboende langsom proces, da elektroner og huller sprøjtes ind i kvanteprikken én efter én.

Forbliver fokuseret

Et andet vigtigt element i dette arbejde er en speciel "strømfokuserende" enhedsarkitektur, som tillader de høje strømtætheder, der er nødvendige for at opnå optisk forstærkning. Metoden, der blev brugt af Los Alamos-forskere, var at tilspidse en af ​​ladningsinjektionselektroderne, begrænser størrelsen af ​​det strømledende område til mindre end 100 mikron. Ved at bruge denne strategi, de var i stand til at producere en strømkoncentration, der var tilstrækkelig til at nå lysforstærkningsregimet uden at beskadige hverken prikkerne eller injektionslagene.