«Оптическое усиление с электрически возбужденными квантовыми точками стало реальностью, — сказал Виктор Климов, глава группы по квантовым точкам в Лос-Аламосе. «Мы работаем над разработкой новых лазерных сред с использованием химически синтезированных квантовых точек, хотя многие считали, что генерация квантовых точек с помощью электростимуляции просто невозможна», — сказал он. «Используя наши специально разработанные точки, мы можем избежать потерь энергии, вызванных рекомбинацией Оже».Новые лазеры, сделанные более эффективноЭти результаты демонстрируют возможность создания нового поколения очень гибких лазеров с электрической накачкой, которые можно обрабатывать на основе решений, которые могут дополнять или даже в конечном итоге заменять существующие лазерные диоды, изготовленные с использованием более сложных и дорогостоящих методов эпитаксиальной эпитаксии на основе вакуума.
Эти перспективные устройства могут использоваться в самых разных областях, от лазерных модулей RGB для дисплеев и проекторов до многоволновых микролазеров для биологической и химической диагностики.Дизайнерские точки без потери теплаВ новом отчете, опубликованном в Nature Materials, команда из Лос-Аламоса демонстрирует, что, используя свои «дизайнерские» квантовые точки, они могут добиться усиления света в нанокристаллическом твердом теле с помощью электрической накачки постоянного тока.
Ключевым свойством новых квантовых точек, подчеркивающим успех проведенного исследования, является тщательно спроектированная внутренняя часть частицы, в которой состав материала непрерывно изменяется в радиальном направлении. Такой подход исключает резкие скачки в атомном составе, которые обычно запускают оже-рекомбинацию.
В результате сконструированные квантовые точки почти полностью подавляют тепловые потери, вызванные эффектом Оже, и это позволяет перенаправлять энергию, выделяемую электрическим током, в канал излучения света вместо расточительного тепла.Команда нанотехнологов из Лос-Аламоса впервые обнаружила эффект лазерной генерации в полупроводниковых нанокристаллах в 2000 году. В этих экспериментальных экспериментах, опубликованных в журнале Science, квантовые точки стимулировались очень короткими (фемтосекундными) лазерными импульсами, которые использовались для того, чтобы компенсировать спад оптического усиления. вызвано процессом Оже. Короткое время жизни оптического усиления создает особенно серьезную проблему в случае электрической накачки, которая по своей сути является медленным процессом, поскольку электроны и дырки инжектируются в квантовую точку один за другим.
Оставаться сосредоточеннымДругим важным элементом этой работы является особая архитектура устройства «фокусировки тока», которая позволяет использовать высокие плотности тока, необходимые для достижения оптического усиления. Метод, использованный исследователями Лос-Аламоса, заключался в том, чтобы сузить один из электродов для инжекции заряда, ограничив размер токопроводящей области менее 100 микрон.
Используя эту стратегию, они смогли создать концентрацию тока, достаточную для достижения режима усиления света, не повреждая ни точки, ни инжекционные слои.