Os cientistas de Los Alamos incorporaram pontos quânticos coloidais meticulosamente projetados em um novo tipo de diodos emissores de luz (LEDs) contendo um ressonador óptico integrado, o que permite que funcionem como lasers. Este romance, dispositivos de função dupla abrem caminho para a versatilidade, diodos laser de fácil fabricação. A tecnologia pode potencialmente revolucionar vários campos, desde fotônica e optoeletrônica até detecção química e diagnósticos médicos.

"Este último avanço, juntamente com outros avanços recentes na química de pontos quânticos e engenharia de dispositivos que alcançamos, sugere que diodos de laser montados a partir da solução podem em breve se tornar uma realidade, "disse Victor Klimov, chefe do grupo de pontos quânticos no Laboratório Nacional de Los Alamos. "As telas de pontos quânticos e aparelhos de televisão já estão disponíveis como produtos comerciais. Os lasers de pontos quânticos coloidais parecem ser os próximos na linha."

Lasers de pontos quânticos coloidais podem ser fabricados usando mais baratos, métodos mais simples do que os diodos de laser semicondutores modernos que exigem sofisticação, à base de vácuo, técnicas de deposição camada por camada. Lasers processáveis ​​por solução podem ser produzidos em condições de laboratório e fábrica menos desafiadoras, e poderia levar a dispositivos que beneficiariam uma série de campos emergentes, incluindo circuitos fotônicos integrados, circuitos ópticos, plataformas lab-on-a-chip, e dispositivos vestíveis.

Nas últimas duas décadas, a equipe de pontos quânticos de Los Alamos tem trabalhado em aspectos fundamentais e aplicados de dispositivos de laser baseados em nanocristais semicondutores preparados por química coloidal. Essas partículas, também conhecido como pontos quânticos coloidais, podem ser facilmente processados ​​a partir de seu ambiente de solução nativo para criar vários sistemas ópticos, eletrônico, e dispositivos optoeletrônicos. Além disso, eles podem ser 'ajustados por tamanho' para aplicações de laser para produzir cores não acessíveis com diodos laser semicondutores existentes.

Em um artigo publicado hoje em Nature Communications , os pesquisadores de Los Alamos resolveram com sucesso vários desafios no caminho para a tecnologia de pontos quânticos coloidais comercialmente viável. Em particular, eles demonstraram um LED operacional, que também funcionava como uma bomba ótica, laser de baixo limiar. Para alcançar esses comportamentos, eles incorporaram um ressonador óptico diretamente na arquitetura do LED sem obstruir os fluxos de portadores de carga na camada emissora de pontos quânticos. Avançar, projetando cuidadosamente a estrutura de seu dispositivo de várias camadas, eles poderiam alcançar um bom confinamento da luz emitida dentro do meio de pontos quânticos ultrafinos na ordem de 50 nanômetros de diâmetro. Esta é a chave para obter o efeito laser e, ao mesmo tempo, permitindo a excitação eficiente dos pontos quânticos pela corrente elétrica. O ingrediente final desta demonstração de sucesso foi único, pontos quânticos caseiros aperfeiçoados para aplicações de lasing por receitas desenvolvidas pela equipe de Los Alamos ao longo dos anos de pesquisa na química e física dessas nanoestruturas.

Atualmente, os cientistas de Los Alamos estão enfrentando o desafio restante, que está aumentando a densidade de corrente para níveis suficientes para obter a chamada 'inversão de população' - o regime em que o meio ativo de ponto quântico se transforma em um amplificador de luz.