Коллоидные лазерные диоды с квантовыми точками не за горами

лазерные диоды с квантовыми точками
Коллоидные квантовые точки, работающие в светодиодном режиме. Изображение: Лос-Аламосская национальная лаборатория.
Джеймс Риордон, Лос-Аламосская национальная лаборатория

Ученые из Лос-Аламоса включили тщательно разработанные коллоидные квантовые точки в новый тип светодиодов (LED), содержащий встроенный оптический резонатор, который позволяет им функционировать в качестве лазеров. Эти новые, двухфункциональные устройства расчищают путь к универсальным, удобным для производства лазерным диодам. Эта технология потенциально может произвести революцию во многих областях — от фотоники и оптоэлектроники до химического зондирования и медицинской диагностики.

Последний прорыв, наряду с другими недавними достижениями в области химии квантовых точек и конструирования устройств, которые мы достигли, позволяют предположить, что лазерные диоды, собранные из раствора, могут вскоре стать реальностью», — сказал Виктор Климов, глава группы квантовых точек в Лос-Аламосской национальной лаборатории. «Квантовые точечные дисплеи и телевизоры уже доступны в качестве коммерческих продуктов. Похоже, что коллоидные лазеры на квантовых точках являются следующими в очереди».

Коллоидные квантовые точечные лазеры могут быть изготовлены с использованием более дешевых и простых методов, чем современные полупроводниковые лазерные диоды, которые требуют сложных методов послойного осаждения на основе вакуума. Лазеры с возможностью обработки решений могут быть произведены в менее сложных лабораторных и заводских условиях и могут привести к созданию устройств, которые принесут пользу целому ряду новых областей, включая интегрированные фотонные схемы, оптические схемы, лабораторные платформы на кристалле и носимые устройства.

В течение последних двух десятилетий команда Los Alamos quantum dot работает над фундаментальными и прикладными аспектами лазерных устройств на основе полупроводниковых нанокристаллов, полученных с помощью коллоидной химии. Эти частицы, также известные как коллоидные квантовые точки, могут быть легко обработаны из среды их собственного раствора для создания различных оптических, электронных и оптоэлектронных устройств. Кроме того, они могут быть «настроены по размеру» для лазерных применений получения цветов, недоступных с существующими полупроводниковыми лазерными диодами.

В статье, опубликованной сегодня в Nature Communications, Лос-Аламосские исследователи успешно решили несколько проблем на пути к коммерчески жизнеспособной технологии коллоидных квантовых точек. В частности, они продемонстрировали работоспособный светодиод, который также функционировал как низко-пороговый лазер с оптической накачкой. Чтобы добиться такого поведения, они включили оптический резонатор непосредственно в архитектуру светодиода, не препятствуя потокам носителей заряда в излучающий слой квантовой точки. Кроме того, тщательно спроектировав структуру своего многослойного устройства, они смогли добиться хорошего удержания испускаемого света в ультратонкой среде квантовых точек порядка 50 нанометров в поперечнике. Это является ключом к получению эффекта генерации и, в то же время, позволяет эффективно возбуждать квантовые точки электрическим током. Последним ингредиентом этой успешной демонстрации стали уникальные, самодельные квантовые точки, усовершенствованные для применения в лазерной технике по рецептам, разработанным Лос-Аламосской командой за годы исследований в области химии и физики этих наноструктур.

В настоящее время ученые из Лос-Аламоса решают остающуюся проблему, которая заключается в повышении плотности тока до уровней, достаточных для получения так называемой «инверсии населенности» — режима, когда активная среда квантовой точки превращается в усилитель света.

Следующее

Высокооплачиваемые звёзды 2019 г. Селин Дион $37,5 млн.

Пт Янв 24 , 2020
Селин Дион