Enojna molekularna plast in tanek silikonski žarek omogočata delovanje nanolaserja pri sobni temperaturi

Anonim

Prvič so raziskovalci zgradili nanolaser, ki uporablja samo en molekularni sloj, nameščen na tanek silikonski žarek, ki deluje pri sobni temperaturi. Nova naprava, ki jo je razvila ekipa raziskovalcev iz državne univerze Arizona in Univerze Tsinghua iz Pekinga na Kitajskem, bi se lahko uporabila za pošiljanje informacij med različnimi točkami na enem računalniškem čipu. Laserji so lahko uporabni tudi za druge senzorske aplikacije v kompaktnem, integriranem formatu.

"To je prva demonstracija delovanja sobne temperature nanolaserja iz enoslojnega materiala", je dejal Cun-Zheng Ning, profesor elektrotehnike ASU, ki je vodil raziskovalno skupino. Podrobnosti o novem laserskem tiskalniku so objavljene v spletni izdaji Nature Nanotechnology julija.

Poleg Ninga, ključni avtorji članka, "Room-temperature Continuous wave Lasing iz Monolayer Molybden Ditelluride, integriran s Silicon Nanobeam Cavity, " vključujejo Yongzhuo Li, Jianxing Zhang, Dandan Huang s Tsinghua University.

Ning je dejal, da je ključnega pomena za nov razvoj uporabe materialov, ki jih je mogoče določiti v posameznih plasteh in učinkovito povečati svetlobo (lasing delovanje). Pred tem smo razvili enoslojne nanolare, vendar jih je bilo treba hladiti na nizke temperature z uporabo kriogena, kot tekoči dušik ali tekoči helij. Biti sposoben delovati pri sobni temperaturi (~ 77 F) odpira veliko možnosti za uporabo teh novih laserjev, "je dejal Ning.

Skupna raziskovalna skupina ASU-Tsinghua je za svojo napravo uporabljala monosloj molibden ditelurida, integriranega s silikonsko nanobeamsko votlino. S kombiniranjem molibden ditelurida s silicijem, ki je osnova v proizvodnji polprevodnikov in eden najboljših valovodnih materialov, so raziskovalci lahko dosegli lasing delovanje brez hlajenja, je dejal Ning.

Laser potrebuje dva ključna dela - sredstvo za pridobivanje, ki proizvaja in ojača fotone, in votlino, ki omejuje ali zajema fotone. Medtem ko so takšne izbire materialov enostavne za velike laserje, postanejo otežene pri nanometrskih lestvicah za nanolare. Nanolaserji so manjši od 100. debeline človeških las in pričakujejo, da bodo igrali pomembne vloge v prihodnjih računalniških čipih in razne naprave za zaznavanje in zaznavanje svetlobe.

Izbira dvodimenzionalnih materialov in silicijevega valovoda sta omogočila raziskovalcem doseganje sobne temperature. Eksitoni v molibdenskem teluridu oddajajo na valovni dolžini, ki je prozorna za silicij, kar omogoča silicij kot valovit material ali votlino. Natančna izdelava nanobeamske votline z vrsto luknjic, ki so jih tvorili, in integracija dvodimenzionalnih monoslojnih materialov so bili tudi ključni za projekt. Eksitoni v takšnih monolajtnih materialih so 100-krat močnejši od tistih v konvencionalnih polprevodnikih, kar omogoča učinkovito oddajanje svetlobe pri sobni temperaturi.

Ker se silikon že uporablja v elektroniki, zlasti v računalniških čipih, je njegova uporaba v tej aplikaciji pomembna v prihodnjih aplikacijah.

"Lasersko tehnologijo, ki jo lahko izdelamo tudi na Siliconu, je bila desetletja sanje za raziskovalce, " je dejal Ning. "Ta tehnologija bo sčasoma omogočila ljudem, da bi tako elektroniko in fotoniko postavili na isto silikonsko platformo, kar bi močno poenostavilo proizvodnjo."

Silikon ne učinkovito oddaja svetlobo in ga je zato treba kombinirati z drugimi materiali, ki oddajajo svetlobo. Trenutno se uporabljajo drugi polprevodniki, kot so indijski fosfid ali indijski gerlium arzenid, ki sta več sto krat debelejši, da se za takšne aplikacije vežejo s silicijem.

Novi monolitni materiali v kombinaciji s Siliconom odpravljajo izzive, ki se pojavljajo pri kombiniranju z debelejšimi, različnimi materiali. In ker je ta ne-silikonski material le en sam sloj debel, je prilagodljiv in manj verjetno, da se pod napetostjo pojavi, v skladu z Ning.

Veselimo se, da ekipa dela na napajanju laserja z električno napetostjo, da bi sistem postal bolj kompakten in enostaven za uporabo, še posebej za njegovo predvideno uporabo na računalniških čipih.

menu
menu