Cientistas da Universidade Tecnológica de Nanyang, Cingapura (NTU Cingapura) desenvolveu uma maneira de fazer os pontos quânticos coloidais produzirem luz laser com a ajuda de um campo elétrico.

Os pontos quânticos coloidais (CQDs) são nanopartículas semicondutoras que podem gerar cores vivas e saturadas de luz de forma eficiente, que são usados ​​para fazer telas de muitos dispositivos eletrônicos.

Embora os CQDs devam ser promissores como materiais a laser, eles ainda não são práticos, pois precisam ser alimentados por outra fonte de energia luminosa - um método conhecido como bombeamento óptico. Contudo, isso os torna muito volumosos para uso em eletrônica de semicondutores.

Nos últimos anos, pesquisadores tentaram várias abordagens para facilitar o uso de CQDs em lasers, incluindo métodos eletroquímicos ou dopagem química. Essas abordagens requerem o uso de solventes químicos agressivos ou ambientes livres de oxigênio em sua produção, e assim foram limitados a experimentos em escala de laboratório.

Em um artigo publicado em Avanços da Ciência , O professor assistente da NTU, Steve Cuong Dang, juntamente com o Ph.D. estudante Yu Junhong, demonstraram como um campo elétrico pode ajudar os CQDs a emitir luz laser enquanto usam apenas uma fração da energia tradicionalmente necessária para acionar um laser.

Em seus experimentos, os cientistas da NTU incorporaram CQDs entre dois eletrodos, que fornece um campo elétrico para controlar e alterar as propriedades dentro dos CQDs. Ao manipular essas propriedades, os cientistas reduziram o limite de energia necessário para lasing em cerca de 10 por cento, trazendo a perspectiva dos lasers CQD mais perto da realidade.

Esta redução de limiar é a primeira vez que os pesquisadores o reduziram usando um campo elétrico, em vez de métodos eletroquímicos difíceis de empregar.

Ser capaz de construir de baixo custo, lasers de tamanho pequeno que são "acionados eletricamente" em uma ampla gama de cores é o Santo Graal para muitos pesquisadores ópticos e optoeletrônicos. Os lasers são a tecnologia de base para vários setores, incluindo médicos, segurança e eletrônicos de consumo, e são essenciais para o desenvolvimento de televisores a laser.

"Nosso experimento bem-sucedido nos aproxima um passo do desenvolvimento de lasers coloridos de um único material que podem ser eletricamente bombeados. Essa conquista tornaria possível colocar lasers em sistemas integrados de chip usados ​​em produtos eletrônicos de consumo e na Internet das Coisas (IOTs) "disse Asst Prof Dang, da Escola de Engenharia Elétrica e Eletrônica (EEE).

Benefícios dos pontos quânticos coloidais

Os pontos quânticos coloidais são produzidos de forma fácil e econômica em sínteses químicas simples de fase líquida, e suas propriedades ópticas e eletrônicas podem ser alteradas e controladas variando o tamanho das partículas.

Os nanomateriais coloidais são atraentes para os fabricantes de laser devido ao seu baixo custo, cor de emissão sintonizável e alta eficiência de emissão. No entanto, fazê-los desaparecer atualmente requer rapidez, bombeamento óptico intenso e coerente, enquanto o bombeamento elétrico é lento, fraco e incoerente.

Junto com seus colaboradores Prof Hilmi Volkan Demir e Assoc Wang Hong da EEE, e Prof Sum Tze Chien da Escola de Ciências Físicas e Matemáticas, Asst Prof Dang mostrou que a aplicação de um campo elétrico reduz o limiar de laser de CQDs, e pode levar a lasers CQD eletricamente bombeados viáveis.

Prof Demir disse, "O próximo grande desafio na pesquisa de laser é desenvolver lasers em nanoescala e integrá-los em dispositivos fotônicos on-chip e sensores ultrassensíveis. Isso traria impactos significativos para a sociedade moderna, especialmente no processamento de dados e informações. que está impulsionando a 4ª revolução industrial. Alcançar isso seria um grande avanço na transformação da Indústria 4.0 de Cingapura. "

A equipe agora está procurando pesquisar mais para fazer minúsculos lasers CQD em um chip e trabalhar com parceiros da indústria interessados ​​em desenvolver a tecnologia em dispositivos de prova de conceito com aplicações práticas.

Este projeto interdisciplinar foi financiado pelo Ministério da Educação, National Research Foundation Singapore (NRF) e Agency for Science, Tecnologia e Pesquisa (A * STAR), e Ph.D. envolvido. estudante Yu Junhong e Dr. Sushant Shendre, um bolseiro de investigação da LUMINOUS da NTU! Centro de excelência para iluminação e displays de semicondutores.

Artigo intitulado "Controle elétrico da emissão espontânea amplificada em pontos quânticos coloidais, " publicado em Avanços da Ciência , 25 de outubro de 2019.