Em um desenvolvimento revolucionário, Os cientistas de Los Alamos mostraram que podem amplificar a luz com sucesso usando filmes eletricamente excitados de nanocristais semicondutores sintetizados quimicamente, conhecidos como pontos quânticos. Os filmes de pontos quânticos são integrados em dispositivos muito semelhantes aos agora onipresentes diodos emissores de luz (LEDs), mas, neste caso, projetado para sustentar as altas densidades de corrente necessárias para alcançar o regime de ganho óptico. Vemos diodos laser todos os dias em ponteiros laser, leitores de código de barras e similares, e um elemento-chave de tais dispositivos é um meio de ganho óptico, que em vez de absorver a luz incidente, amplifica isso.

"O ganho óptico com pontos quanum eletricamente excitados agora é uma realidade, "disse Victor Klimov, chefe da equipe de pontos quânticos em Los Alamos. "Temos trabalhado para desenvolver novas mídias lasing, usando pontos quânticos sintetizados quimicamente, embora tenha sido amplamente acreditado que o laser de ponto quântico com estimulação elétrica é simplesmente impossível, "ele disse." Usando nossos pontos especialmente projetados, podemos evitar perdas de energia criadas pela recombinação Auger. "

Novos lasers, feito de forma mais eficiente

Esses resultados demonstram a viabilidade de uma nova geração de sistemas altamente flexíveis, lasers eletricamente bombeados processáveis ​​a partir de soluções que podem complementar ou até mesmo eventualmente deslocar diodos laser existentes fabricados usando técnicas epitaxiais baseadas em vácuo mais complexas e caras. Esses dispositivos em potencial podem permitir uma variedade de aplicativos, de módulos de laser RGB para monitores e projetores, a micro-lasers de múltiplos comprimentos de onda para diagnósticos biológicos e químicos.

Pontos de designer sem perda de calor

No novo relatório publicado hoje em Materiais da Natureza , a equipe de Los Alamos demonstra que, usando seus pontos quânticos "projetados", eles podem alcançar amplificação de luz em um sólido nanocristal com bombeamento elétrico de corrente contínua. A propriedade chave dos novos pontos quânticos, sublinhando o sucesso do estudo realizado, é um interior de partícula cuidadosamente projetado no qual a composição do material é continuamente variada ao longo de uma direção radial. Esta abordagem elimina etapas bruscas na composição atômica que normalmente acionaria a recombinação Auger. Como resultado, os pontos quânticos projetados apresentam supressão quase completa da perda de calor do efeito Auger, e isso permite redirecionar a energia liberada pela corrente elétrica para o canal de emissão de luz, em vez do desperdício de calor.

A equipe de nanotecnologia de Los Alamos descobriu originalmente o efeito laser em nanocristais semicondutores em 2000. Nesses experimentos de prova de princípio, relatado no jornal Ciência , os pontos quânticos foram estimulados com pulsos de laser muito curtos (femtossegundos) usados ​​para superar o declínio do ganho óptico causado pelo processo Auger. Vidas curtas de ganho óptico criam um problema especialmente sério no caso de bombeamento elétrico, que é um processo inerentemente lento, pois os elétrons e buracos são injetados no ponto quântico um a um.

Ficar focado

Outro elemento importante deste trabalho é uma arquitetura de dispositivo especial de "focalização de corrente" que permite as altas densidades de corrente necessárias para obter ganho óptico. O método usado pelos pesquisadores de Los Alamos era afunilar um dos eletrodos de injeção de carga, limitar o tamanho da área condutora de corrente a menos de 100 mícrons. Usando essa estratégia, eles foram capazes de produzir concentração de corrente suficiente para atingir o regime de amplificação de luz sem danificar os pontos ou as camadas de injeção.