Des scientifiques de l'Université technologique de Nanyang, Singapour (NTU Singapore) a développé un moyen de faire en sorte que les points quantiques colloïdaux produisent de la lumière laser à l'aide d'un champ électrique.

Les points quantiques colloïdaux (CQD) sont des nanoparticules semi-conductrices qui peuvent générer efficacement des couleurs de lumière vives et saturées, qui sont utilisés pour faire des écrans d'affichage de nombreux appareils électroniques.

Bien que les CQD devraient être prometteurs en tant que matériaux laser, ils ne sont pas encore pratiques car ils doivent être alimentés par une autre source d'énergie lumineuse, une méthode connue sous le nom de pompage optique. Cependant, cela les rend trop encombrants pour une utilisation dans l'électronique des semi-conducteurs.

Au cours des dernières années, les chercheurs ont essayé diverses approches pour faciliter l'utilisation des CQD dans les lasers, y compris les méthodes électrochimiques ou le dopage chimique. Ces approches nécessitent l'utilisation de solvants chimiques agressifs ou d'environnements sans oxygène dans leur production, et ont donc été limités à des expériences à l'échelle du laboratoire.

Dans un article publié en Avancées scientifiques , Le professeur assistant NTU Steve Cuong Dang avec Ph.D. étudiant Yu Junhong, ont démontré comment un champ électrique peut aider les CQD à émettre de la lumière laser tout en n'utilisant qu'une fraction de l'énergie traditionnellement requise pour entraîner un laser.

Dans leurs expériences, les scientifiques de NTU ont intégré des CQD entre deux électrodes, qui fournit un champ électrique pour contrôler et modifier les propriétés à l'intérieur des CQD. En manipulant ces propriétés, les scientifiques ont abaissé le seuil d'énergie nécessaire au laser d'environ 10 %, rapprocher la perspective des lasers CQD de la réalité.

Cette réduction de seuil est la première fois que des chercheurs l'abaissent à l'aide d'un champ électrique, au lieu de méthodes électrochimiques difficiles à utiliser.

Pouvoir construire à faible coût, les lasers de petite taille qui sont "à commande électrique" dans une large gamme de couleurs sont le Saint Graal pour de nombreux chercheurs en optique et optoélectronique. Les lasers sont la technologie de base de diverses industries, notamment médicales, sécurité et électronique grand public, et sont essentiels au développement des téléviseurs laser.

"Notre expérience réussie nous rapproche un peu plus du développement de lasers couleur mono-matériau pouvant être pompés électriquement. Cette réalisation permettrait à terme de mettre des lasers sur des systèmes intégrés à puce utilisés dans l'électronique grand public et l'Internet des objets (IOT) " a déclaré le professeur adjoint Dang, de l'École de génie électrique et électronique (EEE).

Avantages des points quantiques colloïdaux

Les points quantiques colloïdaux sont produits facilement et économiquement dans des synthèses chimiques simples en phase liquide, et leurs propriétés optiques et électroniques peuvent être modifiées et contrôlées en faisant varier la taille des particules.

Les nanomatériaux colloïdaux sont attrayants pour les fabricants de laser en raison de leur faible coût, couleur d'émission réglable et efficacité d'émission élevée. Cependant, les faire fonctionner nécessite actuellement une rapidité, pompage optique intense et cohérent, alors que le pompage électrique est lent, faible et incohérent.

Avec ses collaborateurs, le professeur Hilmi Volkan Demir et Assoc Wang Hong de l'EEE, et Prof Sum Tze Chien de l'École des sciences physiques et mathématiques, Asst Prof Dang a montré que l'application d'un champ électrique abaisse le seuil laser des CQD, et pourrait conduire à des lasers CQD viables à pompage électrique.

Le professeur Demir a dit, "Le prochain grand défi de la recherche laser est de développer des lasers à l'échelle nanométrique et de les intégrer dans des dispositifs photoniques sur puce et des capteurs ultrasensibles. Cela aurait des impacts significatifs sur la société moderne, en particulier dans le traitement des données et de l'information, qui est le moteur de la 4e révolution industrielle. Y parvenir serait une avancée majeure dans la transformation de l'Industrie 4.0 de Singapour. »

L'équipe cherche maintenant à approfondir ses recherches sur la fabrication de minuscules lasers CQD sur une puce et à travailler avec des partenaires de l'industrie désireux de développer la technologie en dispositifs de preuve de concept avec des applications pratiques.

Ce projet interdisciplinaire a été financé par le ministère de l'Éducation, National Research Foundation Singapore (NRF) et Agency for Science, Technologie et Recherche (A*STAR), et impliqué Ph.D. l'étudiant Yu Junhong et le Dr Sushant Shendre, un chercheur à LUMINOUS de NTU! Centre d'excellence pour l'éclairage et les écrans à semi-conducteurs.

Article intitulé « Contrôler électriquement l'émission spontanée amplifiée dans les points quantiques colloïdaux, " Publié dans Avancées scientifiques , 25 octobre 2019.