Imaginez créer un matériau pour l'autoroute de l'information numérique qui permet une voie rapide de lumière laser qui zippe les données au-delà des puces de silicium traditionnelles.

Une équipe multi-institutionnelle de chercheurs, dirigé par le professeur d'ingénierie de l'Université de l'Arkansas Shui-Qing "Fisher" Yu et l'un des principaux fabricants d'équipements semi-conducteurs de l'Arkansas, ont apporté des améliorations significatives à un nouveau type de laser, un dispositif semi-conducteur injecté de lumière, semblable à une injection de courant électrique. Ce laser "à pompage optique", qui est fait d'étain germanium cultivé sur des substrats de silicium, pourrait conduire à une vitesse de micro-traitement plus rapide à un coût beaucoup plus faible.

Les nouvelles découvertes, signalé dans ACS Photonique , un journal de l'American Chemical Society, a démontré que la version la plus récente de ce type de laser est capable de couvrir une gamme de longueurs d'onde plus large, de 2 à 3 micromètres, tout en utilisant un seuil laser inférieur et une température de fonctionnement plus élevée - 180 Kelvin, ou moins 135 Farenheit - ce qui signifie moins de consommation d'énergie.

L'alliage germanium étain est un matériau semi-conducteur prometteur qui s'intègre facilement dans les circuits électroniques, tels que ceux trouvés dans les puces informatiques et les capteurs. Le matériau pourrait conduire au développement de produits à faible coût, poids léger, composants électroniques compacts et à faible consommation d'énergie qui utilisent la lumière pour la transmission et la détection d'informations.

L'étain germanium exploite une émission lumineuse efficace, une caractéristique que le silicium, le semi-conducteur standard pour les puces informatiques, ne peut pas faire. Dans les années récentes, scientifiques et ingénieurs des matériaux, dont Yu et plusieurs de ses collègues sur ce projet, se sont concentrés sur la croissance de l'étain au germanium sur des substrats de silicium pour construire une "superpuce" optoélectronique capable de transmettre des données beaucoup plus rapidement que les puces actuelles. En 2016, Yu et ses collègues ont rapporté la fabrication de leur première génération, laser à pompage optique.

Les chercheurs ont d'abord atteint une température de fonctionnement laser jusqu'à 110 Kelvin. La température la plus récente atteinte par leur laser est de 180 Kelvin, ou moins 135 degrés Farenheit, le plus élevé signalé pour un laser au germanium et à l'étain jusqu'à présent.

Une plage de longueurs d'onde plus large signifie potentiellement plus de capacité à transmettre des données, dit Yu. Un seuil laser inférieur et une température de fonctionnement plus élevée facilitent la consommation d'énergie, ce qui réduit les coûts et contribue à la simplicité de conception. Yu a déclaré que ces améliorations indiquent que l'appareil est plus proche d'une application pratique.

Yu a attribué les performances supérieures du laser à des approches de croissance épitaxiale uniques que les chercheurs ont développées sur la base de méthodes de croissance du matériau récemment découvertes. L'épitaxie est le processus de dépôt de couches, ou des gaufrettes, de matériaux semi-conducteurs sur un substrat cristallin.

« Les résultats rapportés dans ce travail montrent une avancée majeure vers les sources laser pour la photonique intégrée, " dit Yu.