Imagine criar um material para a rodovia da informação digital que permite uma faixa rápida de luz laser que ultrapassa os tradicionais chips de silício.

Uma equipe multi-institucional de pesquisadores, liderado pelo professor de engenharia da Universidade de Arkansas Shui-Qing "Fisher" Yu e um fabricante líder de equipamentos de semicondutores do Arkansas, fizeram melhorias significativas em um novo tipo de laser, um dispositivo semicondutor que é injetado com luz, semelhante a uma injeção de corrente elétrica. Este laser "bombeado opticamente", que é feito de estanho germânio cultivado em substratos de silício, pode levar a uma velocidade de microprocessamento mais rápida a um custo muito menor.

As novas descobertas, relatado em ACS Photonics , um jornal da American Chemical Society, demonstraram que a versão mais recente deste tipo de laser é capaz de cobrir uma faixa mais ampla de comprimento de onda, de 2 a 3 micrômetros, ao usar um limite de laser mais baixo e temperatura de operação mais alta - 180 Kelvin, ou menos 135 Farenheit - o que significa menos consumo de energia.

A liga de estanho de germânio é um material semicondutor promissor que pode ser facilmente integrado em circuitos eletrônicos, como os encontrados em sensores e chips de computador. O material pode levar ao desenvolvimento de produtos de baixo custo, leve, componentes eletrônicos compactos e de baixo consumo de energia que usam luz para transmissão e detecção de informações.

O estanho de germânio aproveita a emissão eficiente de luz, uma característica que o silício, o semicondutor padrão para chips de computador, Não pode fazer. Nos últimos anos, cientistas e engenheiros de materiais, incluindo Yu e vários de seus colegas neste projeto, concentraram-se no cultivo de estanho de germânio em substratos de silício para construir um "superchip" optoeletrônico que pode transmitir dados muito mais rápido do que os chips atuais. Em 2016, Yu e seus colegas relataram a fabricação de sua primeira geração, laser bombeado opticamente.

Os pesquisadores primeiro alcançaram uma temperatura de operação de laser de até 110 Kelvin. A temperatura mais recente alcançada por seu laser é 180 Kelvin, ou menos 135 graus Farenheit, o mais alto relatado para um laser de germânio e estanho até agora.

Faixa de comprimento de onda mais ampla significa potencialmente mais capacidade de transmitir dados, Yu disse. Um limite de laser mais baixo e uma temperatura de operação mais alta facilitam menos consumo de energia, que mantém os custos baixos e ajuda na simplicidade do design. Yu disse que essas melhorias indicam que o dispositivo está mais próximo da aplicação prática.

Yu atribuiu o desempenho superior do laser a abordagens únicas de crescimento epitaxial que os pesquisadores desenvolveram com base em métodos recém-descobertos de crescimento do material. Epitaxia é o processo de deposição de camadas, ou wafers, de materiais semicondutores em um substrato cristalino.

"Os resultados relatados neste trabalho mostram um grande avanço em direção às fontes de laser para fotônica integrada, "Yu disse.