Первый в мире лазер на коллоидных квантовых точках запустили в Лос-Аламосе
Ученые внедрили тщательно сконструированные коллоидные квантовые точки в новый тип светоизлучающих диодов (LED), содержащих встроенный оптический резонатор, который позволяет им работать как лазеры.
Новые двухфункциональные устройства открывают путь к универсальным и удобным для производства лазерным диодам. Технология потенциально может произвести революцию во многих областях, от фотоники и оптоэлектроники до химического зондирования и медицинской диагностики.
— Виктор Климов, руководитель группы квантовых точек в Лос-Аламосской национальной лаборатории.
Лазеры на коллоидных квантовых точках 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, пригодные для обработки раствором, можно производить в менее сложных лабораторных и заводских условиях. Они могут привести к созданию устройств, которые принесут пользу в ряде новых областей, включая интегральные фотонные схемы, оптические схемы, платформы «лаборатория на кристалле» и носимые устройства.
В течение последних двух десятилетий команда исследователей квантовых точек из Лос-Аламоса работала 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 переработаны из среды их естественного раствора для создания различных оптических, электронных и оптоэлектронных устройств. Кроме того, они могут быть настроены для получения цветов, недоступных для существующих полупроводниковых лазерных диодов.
В статье, опубликованной в Nature Communications, исследователи из Лос-Аламоса успешно решили несколько проблем на пути к коммерчески жизнеспособной технологии коллоидных квантовых точек. В частности, они продемонстрировали работающий светодиод, который также функционировал как низкопороговый лазер с оптической накачкой.
Чтобы добиться такого поведения, они включили оптический резонатор непосредственно в светодиодную архитектуру, не препятствуя потокам носителей заряда в излучающий слой квантовых точек. Кроме того, тщательно спроектировав структуру своего многослойного устройства, ученые смогли добиться хорошего удержания излучаемого света внутри ультратонкой среды с квантовыми точками порядка 50 нанометров в поперечнике.
Это является ключом к получению эффекта генерации и, в то же время, к эффективному возбуждению квантовых точек электрическим током. Последним компонентом успешной демонстрации стали уникальные квантовые точки, усовершенствованные для лазерных приложений по рецептам команды из Лос-Аламоса за годы исследований в области химии и физики этих наноструктур.
В настоящее время ученые решают оставшуюся задачу — доведение плотности тока до уровней, достаточных для получения так называемой «инверсии населенностей» — режима, когда активная среда с квантовыми точками превращается в усилитель света.
Новые двухфункциональные устройства открывают путь к универсальным и удобным для производства лазерным диодам. 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 разработки устройств позволяет предположить, что лазерные диоды, собранные из раствора, могут вскоре стать реальностью. Дисплеи с квантовыми точками и телевизоры уже доступны в качестве коммерческих продуктов. Лазеры на коллоидных квантовых точках, похоже, будут следующими
— Виктор Климов, руководитель группы квантовых точек в Лос-Аламосской национальной лаборатории.
Лазеры на коллоидных квантовых точках 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, пригодные для обработки раствором, можно производить в менее сложных лабораторных и заводских условиях. Они могут привести к созданию устройств, которые принесут пользу в ряде новых областей, включая интегральные фотонные схемы, оптические схемы, платформы «лаборатория на кристалле» и носимые устройства.
В течение последних двух десятилетий команда исследователей квантовых точек из Лос-Аламоса работала 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 переработаны из среды их естественного раствора для создания различных оптических, электронных и оптоэлектронных устройств. Кроме того, они могут быть настроены для получения цветов, недоступных для существующих полупроводниковых лазерных диодов.
В статье, опубликованной в Nature Communications, исследователи из Лос-Аламоса успешно решили несколько проблем на пути к коммерчески жизнеспособной технологии коллоидных квантовых точек. В частности, они продемонстрировали работающий светодиод, который также функционировал как низкопороговый лазер с оптической накачкой.
Чтобы добиться такого поведения, они включили оптический резонатор непосредственно в светодиодную архитектуру, не препятствуя потокам носителей заряда в излучающий слой квантовых точек. Кроме того, тщательно спроектировав структуру своего многослойного устройства, ученые смогли добиться хорошего удержания излучаемого света внутри ультратонкой среды с квантовыми точками порядка 50 нанометров в поперечнике.
Это является ключом к получению эффекта генерации и, в то же время, к эффективному возбуждению квантовых точек электрическим током. Последним компонентом успешной демонстрации стали уникальные квантовые точки, усовершенствованные для лазерных приложений по рецептам команды из Лос-Аламоса за годы исследований в области химии и физики этих наноструктур.
В настоящее время ученые решают оставшуюся задачу — доведение плотности тока до уровней, достаточных для получения так называемой «инверсии населенностей» — режима, когда активная среда с квантовыми точками превращается в усилитель света.
Наши новостные каналы
Подписывайтесь и будьте в курсе свежих новостей и важнейших событиях дня.
Рекомендуем для вас
Что-то странное живет в старом топливе, вытекшем из затонувших кораблей во Вторую мировую войну
По словам ученых, в нефтепродуктах на дне моря «не протолкнуться»: 42 типа, 107 классов, 249 отрядов, 432 семейства, 1 047 родов микроорганизмов...
«Космос-2612» против спутника-шпиона: Россия показала, что не будет мириться с американской разведкой на орбите
Почему западные эксперты считают, что противостояние на орбите выходит на более новую и крайне опасную стадию...
В 2025 году в Беринговом море неожиданно появилось огромное количество крабов
Теперь ученые наконец-то нашли разгадку природной аномалии...
Летние каникулы длиной… в два с половиной года: как 777 российских детей вернулись домой через Сибирь, Америку и Европу
По этой удивительной истории запросто можно снять отличный сериал. Даже несколько сезонов...
1319 подтвержденных случаев реинкарнации: исследование американских ученых выявило поразительные закономерности
Исследователи не знают, как объяснить механизм перерождения, но игнорировать статистику тоже не могут...
Вот почему самый загадочный в мире 600-летний текст до сих пор не расшифрован
Рукопись Войнича могли переплести не по порядку, и этот факт дает ответы на многие вопросы...
Ковчег русских детей: как 777 российских детей вернулись домой через Сибирь, Америку и Европу (продолжение)
Никто и не ожидал, что летние каникулы вдруг затянутся на два с половиной года...
Похоже, между кошками и их хозяевами существует загадочная гормональная связь
Этот эксперимент напрашивался уже давно, но после вопросов стало еще больше...
Загадочный звездный узор на знаменитой картине Ван Гога поставил точку в споре столетней давности
Выяснилось, что целая толпа литературоведов сильно ошибалась в биографии великого художника...
Парадокс Ванильного острова: почему на Мадагаскаре все рано или поздно заканчивается революцией
Что такое «красные зоны»? Как с ними связаны горбатые быки? И, вообще, какую роль в этой истории сыграла японское аниме?...
Сверхзвуковой флот США стоимостью 3,8 миллиарда долларов едва не был уничтожен детской игрушкой
По словам американских экспертов, Пентагон находится в панике. Против США применили технологию, которую разработали… американские союзники...
Новая окаменелость подтверждает: предок человека появился на 200 000 лет раньше, чем считали ученые
Антропологи говорят, что доминировал тогда совсем другой вид, а в итоге выжил именно наш далекий пращур...
Марс и Луну проверят на следы древних цивилизаций: как ученые собираются это сделать
Новая технология принесет пользу, даже если исследователи не найдут инопланетян...