Uma nova heteroestruturas diretas-indiretas é projetada, onde a emissão de lasing ocorre apenas em regiões de poços quânticos, mas os portadores são injetados de regiões indiretas, onde a recombinação é suprimida. Isso fornece um 'complemento' contínuo da densidade de portadores no poço quântico, causando lasing de nanossegundo após excitação sub-picossegundo. Juntamente com um comprimento de correlação óptica em escala mm, correspondendo a uma refletividade da faceta final de mais de 70%, esses dois recursos fornecem limiares de lasing em temperatura ambiente recorde para lasers de nanofio integráveis de silício no infravermelho próximo. Crédito:por Stefan Skalsky, Yunyan Zhang, Juan Arturo Alanis, H. Aruni Fonseka, Ana M. Sanchez, Huiyun Liu e Patrick Parkinson
Lasers de nanofios semicondutores são um componente crucial para optoeletrônica integrada no chip. Contudo, integrado de silício, temperatura do quarto, lasers de nanofios de operação contínua e eletricamente bombeados ainda não foram demonstrados. Nesse trabalho, um método para atingir lasing de quase quatro níveis de baixo limiar usando espalhamento de banda indireto para direto é mostrado. Isso é habilitado pelo uso de uma cavidade de alto Q, e - usando uma técnica de interferometria limitada por tempo - a refletividade da faceta final é medida diretamente pela primeira vez.
Na última década, a ideia da computação fotônica - onde os elétrons são substituídos por luz em circuitos microeletrônicos - surgiu como uma tecnologia futura. Isso promete baixo custo, ultra-alta velocidade e computação potencialmente quântica, com aplicações específicas em aprendizado de máquina de alta eficiência e computação neuromórfica. Embora os elementos de computação e detectores tenham sido desenvolvidos, a necessidade de nanoescala, fontes de luz de alta densidade e facilmente integradas permanecem insatisfeitas. Nanofios semicondutores são vistos como um candidato potencial, devido ao seu pequeno tamanho (na ordem do comprimento de onda da luz), a possibilidade de crescimento direto para o silício padrão da indústria, e seu uso de materiais estabelecidos. Contudo, Até a presente data, não foi demonstrado que tais lasers de nanofio em silício operem continuamente à temperatura ambiente.
Em um novo artigo publicado em Ciência leve e aplicações , cientistas do Photon Science Institute em Manchester, O Reino Unido com colegas da University College London e da University of Warwick demonstram uma nova rota para alcançar lasers de nanofios de silício integráveis de baixo limiar. Com base em novas heteroestruturas semicondutoras diretas e indiretas habilitadas pela plataforma de nanofios, eles demonstram o laser de multi-nanossegundos em temperatura ambiente. Um elemento chave do projeto é a necessidade de extremidades de nanofios de alta refletividade; este é normalmente um requisito desafiador, como métodos de crescimento comuns não permitem a otimização simples para facetas finais de alta qualidade. Contudo, neste estudo, ao empregar um novo interferômetro limitado por tempo, os pesquisadores demonstraram que a refletividade pode ser superior a 70% - cerca do dobro do esperado para um laser convencional de extremidade plana devido ao confinamento da luz.
Juntos, a nova estrutura do material e a cavidade de alta qualidade contribuem para um baixo limiar de laser - uma medida da potência necessária para ativar o laser nos nanofios - de apenas 6uJ / cm
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, ordens de magnitude inferior ao demonstrado anteriormente. Essa nova abordagem não só fornece nanolasers de alta qualidade, mas o crescimento do MBE fornece um alto rendimento de fios funcionais, com mais de 85% dos nanofios testados funcionando em potência total sem danos térmicos. Este alto rendimento é crítico para a integração industrial desta nova estrutura.
