13:48 2023-03-27
science - citeste alte articole pe aceeasi tema
Comentarii Adauga Comentariu
_ Inginerii dezvoltă dispozitive laser și LED cu scop dublu bazate pe tehnologia punctelor cuantice coloidale
_ Inginerii dezvoltă laser cu dublu scop și dispozitiv LED bazat pe tehnologia punctelor cuantice coloidale
O echipă a Laboratorului Național Los Alamos a depășit provocările cheie față de emițători de lumină de înaltă intensitate viabile din punct de vedere tehnologic, bazați pe tehnologia punctelor cuantice coloidale, rezultând dispozitive cu funcție dublă care funcționează ca atât un laser excitat optic, cât și o diodă emițătoare de lumină (LED) de înaltă luminozitate acționată electric.
Așa cum este descris în jurnalul Advanced Materials, acest progres reprezintă o etapă cheie către un laser cu punct cuantic coloidal pompat electric sau o diodă laser, un nou tip de dispozitive al căror impact s-ar extinde pe numeroase tehnologii, inclusiv electronică și fotonica integrate, interconexiuni optice, platforme lab-on-a-chip, dispozitive purtabile și diagnosticare medicală.
„O căutare a diodelor laser cu punct cuantic coloidal reprezintă o parte a unui efort mondial Am vrut să realizeze lasere și amplificatoare pompate electric bazate pe materiale procesabile în soluție”, a spus Victor Klimov, om de știință în divizia de chimie din Los Alamos și liderul echipei de cercetare. „Aceste dispozitive au fost urmărite pentru compatibilitatea lor cu aproape orice substrat, scalabilitate și ușurință de integrare cu electronica și fotonica pe cip, inclusiv circuitele tradiționale pe bază de siliciu.”
Ca într-un LED standard, în echipa echipă. dispozitive noi, stratul de puncte cuantice a acționat ca un emițător de lumină acționat electric. Cu toate acestea, din cauza densităților de curent extrem de mari de peste 500 de amperi pe centimetru pătrat, dispozitivele au demonstrat niveluri de luminozitate fără precedent de peste un milion de candela pe metru pătrat (candela măsoară puterea luminoasă emisă într-o direcție dată). Această luminozitate le face potrivite pentru aplicații precum afișaje cu lumină naturală, proiectoare și semafoare.
Stratul de puncte cuantice s-a comportat și ca un amplificator eficient de ghid de undă cu un câștig optic net mare. Echipa Los Alamos a realizat laserul în bandă îngustă cu o stivă de dispozitive de tip LED complet funcțională, care conține toate straturile de transport de încărcare și alte elemente necesare pentru pomparea electrică. Acest avans deschide ușa pentru demonstrația foarte anticipată a laserului cu pompare electrică, efect care va permite realizarea deplină a tehnologiei de laser cu puncte cuantice coloidale.
Nanocristalele semiconductoare sau punctele cuantice coloidale sunt atractive. materiale pentru implementarea dispozitivelor laser, inclusiv diode laser. Ele pot fi preparate cu precizie atomică prin tehnici chimice la temperatură moderată.
În plus, datorită dimensiunilor lor mici, comparabile cu o măsură naturală a funcțiilor de undă electronică, punctele cuantice prezintă stări electronice discrete asemănătoare atomilor ale căror energii depinde direct de dimensiunea particulelor. Această consecință a așa-numitului efect de „dimensiune cuantică” poate fi exploatată pentru a regla linia de laser la o lungime de undă dorită sau pentru a proiecta un mediu de câștig multicolor care să suporte laserul la lungimi de undă multiple. Avantajele suplimentare derivate dintr-un spectru atomic specific al stărilor electronice cu puncte cuantice includ praguri scăzute de amplificare optică și sensibilitate suprimată a caracteristicilor laserului la modificările temperaturii dispozitivului.
Majoritatea cercetărilor cuantice cu laser cu laser au folosit impulsuri optice scurte pentru excitarea unui mediu de câștig optic. Realizarea laserului cu puncte cuantice acţionate electric este o sarcină mult mai dificilă. Cu noile lor dispozitive, echipa de cercetare Los Alamos a făcut un pas important spre acest obiectiv.
„O provocare constă în domeniul proiectării dispozitivelor electrice și optice”, a spus Namyoung Ahn, coleg postdoctoral al directorului de laborator și expert principal în dispozitive în echipa de puncte cuantice. „În special, arhitectura de injecție a încărcăturii a dispozitivului trebuie să fie capabilă să genereze și să susțină densități de curent foarte mari necesare pentru acțiunea laserului. Același dispozitiv trebuie să prezinte și pierderi optice reduse pentru a nu suprima câștigul generat într-un mediu activ subțire cu punct cuantic”.
Pentru a spori câștigul optic, echipa a dezvoltat noi nanocristale pe care le-a numit „puncte cuantice compacte gradate din punct de vedere al compoziției”.
„Aceste noi puncte cuantice prezintă recombinare Auger suprimată datorită unui sistem încorporat. gradient compozițional și prezintă simultan un coeficient de câștig mare atunci când este asamblat într-un solid compact folosit ca mediu de câștig optic”, a spus Clément Livache, un post-doctorat în echipa de puncte cuantice care a efectuat studii spectroscopice ale dispozitivelor fabricate. „Acest lucru ajută la realizarea câștigului optic net într-o structură electroluminiscentă complexă în care un strat subțire de puncte cuantice care amplifica lumina este combinat cu mai multe straturi conductoare de sarcină care absorb luminii.”
Pentru a facilita amplificarea luminii, cercetătorii, de asemenea, pierderi optice reduse în dispozitivele lor. În special, au reproiectat arhitectura de injecție a încărcăturii prin eliminarea materialelor asemănătoare metalelor cu pierderi optice și înlocuindu-le cu straturi organice optimizate corespunzător, cu absorbție scăzută. În plus, au conceput un profil de secțiune transversală a dispozitivului, astfel încât să reducă intensitatea câmpului optic în straturile de transport de sarcină cu absorbție ridicată și, simultan, să o îmbunătățească în mediul de câștig cuantic de puncte.
În final, pentru a permite oscilațiile laser. , dispozitivele dezvoltate au fost suplimentate de o cavitate optică pregătită ca un grătar periodic care a fost integrat într-unul dintre electrozii dispozitivului. Acest rețea a acționat ca un așa-numit rezonator cu feedback distribuit care a permis circulația luminii în planul lateral al stratului de puncte cuantice, permițând amplificarea cu mai multe treceri.
Efectul de laser a fost obținut folosind excitația optică. Lasarea prin pompare electrică nu a fost observată din cauza degradării performanței dispozitivului cauzată de căldura excesivă generată de un curent care trece. Aceasta este provocarea finală care trebuie abordată pentru a demonstra oscilațiile laser acționate electric.
Cu doar câțiva ani în urmă, laserele cu puncte cuantice coloidale pompate electric erau considerate imposibile din cauza unor probleme precum dezintegrarea ultrarapidă Auger, insuficientă. densități de curent în LED-urile cu puncte cuantice și dificultăți în combinarea funcțiilor electroluminiscente și laser în același dispozitiv. Rezultatele echipei Los Alamos demonstrează soluții practice la majoritatea acestor probleme, sugerând că o diodă laser cu punct cuantic funcțional este la îndemână.
Comentarii:
Adauga Comentariu