Инженеры разработали двойной

27 марта 2023 г.

Эта статья была проверена в соответствии с редакционным процессом и политикой Science X. Редакторы выделили следующие атрибуты, гарантируя при этом достоверность контента:

проверенный фактами

рецензируемое издание

надежный источник

корректура

Лос-Аламосской национальной лаборатории

Команда Лос-Аламосской национальной лаборатории преодолела ключевые проблемы в создании технологически жизнеспособных излучателей света высокой интенсивности на основе технологии коллоидных квантовых точек, в результате чего были созданы устройства двойного назначения, которые работают как оптически возбуждаемый лазер и светоизлучающий диод с электрическим приводом высокой яркости. (ВЕЛ).

Как описано в журнале Advanced Materials, это достижение представляет собой ключевую веху на пути к созданию лазера на коллоидных квантовых точках с электрической накачкой или лазерного диода, нового типа устройств, влияние которого будет охватывать многочисленные технологии, включая интегрированную электронику и фотонику, оптические межсоединения, лабораторные исследования. Чип-платформы, носимые устройства и медицинская диагностика.

«Поиски лазерных диодов на коллоидных квантовых точках представляют собой часть всемирных усилий, направленных на создание лазеров и усилителей с электрической накачкой на основе материалов, обрабатываемых в растворе», — сказал Виктор Климов, ученый из химического отдела Лос-Аламоса и руководитель группы исследования. «Эти устройства преследовались из-за их совместимости практически с любой подложкой, масштабируемости и простоты интеграции со встроенной электроникой и фотоникой, включая традиционные схемы на основе кремния».

Как и в стандартном светодиоде, в новых устройствах команды слой квантовых точек действовал как излучатель света с электрическим приводом. Однако из-за чрезвычайно высоких плотностей тока — более 500 ампер на квадратный сантиметр — устройства продемонстрировали беспрецедентный уровень яркости — более миллиона кандел на квадратный метр (кандела измеряет силу света, излучаемую в заданном направлении). Такая яркость делает их хорошо подходящими для таких применений, как дисплеи дневного света, проекторы и светофоры.

Слой квантовых точек также вел себя как эффективный волноводный усилитель с большим чистым оптическим усилением. Команда из Лос-Аламоса добилась узкополосной генерации с помощью полнофункционального набора устройств светодиодного типа, содержащего все слои переноса заряда и другие элементы, необходимые для электрической накачки. Это достижение открывает двери для долгожданной демонстрации генерации с электрической накачкой, эффекта, который позволит в полной мере реализовать технологию генерации на коллоидных квантовых точках.

Полупроводниковые нанокристаллы — или коллоидные квантовые точки — являются привлекательными материалами для создания лазерных устройств, включая лазерные диоды. Их можно получить с атомной точностью с помощью химических методов при умеренных температурах.

Кроме того, из-за своих небольших размеров, сравнимых с естественным размером электронных волновых функций, квантовые точки обладают дискретными атомоподобными электронными состояниями, энергия которых напрямую зависит от размера частиц. Это последствие так называемого эффекта «квантового размера» можно использовать для настройки линии генерации на желаемую длину волны или для разработки многоцветной усиливающей среды, которая поддерживает генерацию на нескольких длинах волн. Дополнительные преимущества, вытекающие из своеобразного атомоподобного спектра электронных состояний квантовых точек, включают низкие пороги оптического усиления и пониженную чувствительность характеристик генерации к изменению температуры устройства.

В большинстве исследований в области генерации квантовых точек для возбуждения оптической усиливающей среды использовались короткие оптические импульсы. Реализация генерации с использованием квантовых точек с электрическим приводом представляет собой гораздо более сложную задачу. Со своими новыми устройствами исследовательская группа из Лос-Аламоса сделала важный шаг на пути к этой цели.