Pojedyncza warstwa molekularna i cienka wiązka krzemu umożliwiają pracę nanolaserów w temperaturze pokojowej

MOJ PIERSZY RAZ Z ZAWSZEOKI | Ciasto z Naleśników (Lipiec 2019).

Anonim

Po raz pierwszy naukowcy zbudowali nanolasera, który wykorzystuje tylko pojedynczą warstwę molekularną, umieszczony na cienkiej wiązce krzemowej, która działa w temperaturze pokojowej. Nowe urządzenie, opracowane przez zespół naukowców z Arizona State University i Uniwersytetu Tsinghua w Pekinie, może być potencjalnie wykorzystane do przesyłania informacji między różnymi punktami na jednym komputerze. Lasery mogą być również przydatne w innych aplikacjach wykrywających w kompaktowym, zintegrowanym formacie.

"To pierwsza demonstracja działania w temperaturze pokojowej nanolasera wykonanego z jednowarstwowego materiału" - powiedział Cun-Zheng Ning, profesor inżynierii elektrycznej ASU, który kierował zespołem badawczym. Szczegóły nowego lasera zostały opublikowane w internetowym wydaniu Nature Nanotechnology.

Oprócz Ninga, kluczowi autorzy artykułu, "Wytwarzanie w temperaturze pokojowej fasety z monowarstwy molibdenowej ditellurydu zintegrowanej z krzemową nanobeamową jamą" obejmują Yongzhuo Li, Jianxing Zhanga, Dandana Huanga z Uniwersytetu Tsinghua.

Ning powiedział, że kluczem do nowego rozwoju jest użycie materiałów, które można ułożyć w pojedynczych warstwach i wydajnie wzmacniać światło (działanie lasingowe). Nanolaserowe jednowarstwowe zostały opracowane wcześniej, ale wszystkie musiały być schłodzone do niskich temperatur przy użyciu ciekłego azotu w postaci kriogenicznej lub ciekłego helu. Możliwość pracy w temperaturze pokojowej (~ 77 F) otwiera wiele możliwości zastosowania tych nowych laserów "- powiedział Ning.

Wspólny zespół badawczy ASU-Tsinghua użył monolayera ditellurydu molibdenu zintegrowanego z jamą krzemową z nanobeamu dla swojego urządzenia. Łącząc ditelluryd molibdenu z krzemem, który jest podłożem w produkcji półprzewodników i jednym z najlepszych materiałów falowodowych, naukowcy byli w stanie osiągnąć efekt lasingu bez chłodzenia, powiedział Ning.

Laser potrzebuje dwóch kluczowych elementów - ośrodka wzmacniającego, który wytwarza i wzmacnia fotony, oraz wnęki, która ogranicza lub zatrzymuje fotony. Chociaż takie materiały są łatwe do wyboru dla dużych laserów, stają się trudniejsze w skali nanometrowej dla nanolaserów. Nanolasery są mniejsze niż 100-ta grubość ludzkiego włosa i oczekuje się, że odegrają ważną rolę w przyszłych chipach komputerowych i różnych urządzeniach wykrywających i wykrywających światło.

Wybór dwuwymiarowych materiałów i falowodu krzemowego umożliwił naukowcom osiągnięcie pracy w temperaturze pokojowej. Eksitony w tellurku molibdenu emitują fale o długości fali przezroczystej dla krzemu, dzięki czemu krzem jest możliwy jako falowód lub materiał wgłębienia. Ważnym elementem projektu było precyzyjne wykonanie jamy nanobeamowej z zestawem wytrawionych otworów oraz integracja dwuwymiarowych monowarstw. Eksytony w takich jednowarstwowych materiałach są 100 razy silniejsze niż w konwencjonalnych półprzewodnikach, pozwalając na wydajną emisję światła w temperaturze pokojowej.

Ponieważ krzem jest już używany w elektronice, zwłaszcza w komputerowych układach scalonych, jego zastosowanie w tej aplikacji jest znaczące w przyszłych zastosowaniach.

"Technologia laserowa, która może być również zastosowana w krzemie, była marzeniem naukowców od dziesięcioleci" - powiedział Ning. "Ta technologia ostatecznie pozwoli ludziom umieścić elektronikę i fotonikę na tej samej platformie krzemowej, znacznie upraszczając produkcję."

Krzem nie emituje światła w sposób efektywny i dlatego musi być łączony z innymi materiałami emitującymi światło. Obecnie stosuje się inne półprzewodniki, takie jak fosforek indu lub arsenek indu garlium, które są setki razy grubsze, aby związać się z krzemem do takich zastosowań.

Nowe monowarstwy w połączeniu z krzemem eliminują wyzwania napotykane podczas łączenia z grubszymi, odmiennymi materiałami. A ponieważ ten niesilikonowy materiał ma tylko jedną grubość, jest on elastyczny i mniej podatny na pękanie pod wpływem stresu, jak twierdzi Ning.

W przyszłości zespół pracuje nad zasileniem lasera napięciem elektrycznym, aby system był bardziej zwarty i łatwy w użyciu, szczególnie w przypadku jego przeznaczenia do układów komputerowych.

menu
menu