Les scientifiques de Los Alamos ont incorporé des points quantiques colloïdaux méticuleusement conçus dans un nouveau type de diodes électroluminescentes (DEL) contenant un résonateur optique intégré, ce qui leur permet de fonctionner comme des lasers. Ces romans, les appareils à double fonction ouvrent la voie à la polyvalence, diodes laser faciles à fabriquer. La technologie peut potentiellement révolutionner de nombreux domaines, de la photonique et de l'optoélectronique à la détection chimique et aux diagnostics médicaux.

"Cette dernière percée ainsi que d'autres avancées récentes dans la chimie des points quantiques et l'ingénierie des dispositifs que nous avons réalisées suggèrent que les diodes laser assemblées à partir d'une solution pourraient bientôt devenir une réalité, " dit Victor Klimov, chef du groupe des points quantiques au Laboratoire national de Los Alamos. « Les écrans à points quantiques et les téléviseurs sont déjà disponibles en tant que produits commerciaux. Les lasers à points quantiques colloïdaux semblent être les prochains en ligne. »

Les lasers à points quantiques colloïdaux peuvent être fabriqués en utilisant moins cher, des méthodes plus simples que les diodes laser à semi-conducteur modernes qui nécessitent des sous vide, techniques de dépôt couche par couche. Les lasers pouvant être traités en solution peuvent être produits dans des conditions de laboratoire et d'usine moins difficiles, et pourrait conduire à des dispositifs qui profiteraient à un certain nombre de domaines émergents, notamment les circuits photoniques intégrés, circuits optiques, plateformes de laboratoire sur puce, et appareils portables.

Au cours des deux dernières décennies, l'équipe de points quantiques de Los Alamos a travaillé sur les aspects fondamentaux et appliqués des dispositifs laser basés sur des nanocristaux semi-conducteurs préparés par chimie colloïdale. Ces particules, également connu sous le nom de points quantiques colloïdaux, peuvent être facilement traités à partir de leur environnement de solution natif pour créer divers optiques, électronique, et dispositifs optoélectroniques. Par ailleurs, ils peuvent être « ajustés en taille » pour les applications laser afin de produire des couleurs inaccessibles avec les diodes laser à semi-conducteur existantes.

Dans un article publié aujourd'hui dans Communication Nature , les chercheurs de Los Alamos ont réussi à résoudre plusieurs défis sur la voie d'une technologie de points quantiques colloïdaux commercialement viable. Ils ont notamment fait la démonstration d'une LED opérationnelle, qui fonctionnait également comme pompe optique, laser à bas seuil. Pour obtenir ces comportements, ils ont incorporé un résonateur optique directement dans l'architecture LED sans obstruer les flux de porteurs de charge dans la couche émettrice de points quantiques. Plus loin, en concevant soigneusement la structure de leur dispositif multicouche, ils pourraient obtenir un bon confinement de la lumière émise dans le milieu à points quantiques ultrafins de l'ordre de 50 nanomètres de diamètre. C'est la clé pour obtenir l'effet laser et, à la fois, permettant une excitation efficace des points quantiques par le courant électrique. L'ingrédient final de cette démonstration réussie était unique, points quantiques faits maison perfectionnés pour des applications laser selon des recettes développées par l'équipe de Los Alamos au cours des années de recherche sur la chimie et la physique de ces nanostructures.

Présentement, les scientifiques de Los Alamos s'attaquent au défi restant, qui augmente la densité de courant à des niveaux suffisants pour obtenir ce qu'on appelle «l'inversion de population», le régime où le milieu actif de la boîte quantique se transforme en un amplificateur de lumière.