Les lasers à nanofils à semi-conducteurs sont un composant crucial pour l'optoélectronique intégrée sur puce. Cependant, intégré au silicium, température ambiante, les lasers à nanofil fonctionnant en continu et pompés électriquement n'ont pas encore été démontrés. Dans ce travail, une méthode pour obtenir un laser à quasi-quatre niveaux à faible seuil en utilisant la diffusion de bande indirecte-directe est montrée. Ceci est rendu possible par l'utilisation d'une cavité à Q élevé, et - en utilisant une technique d'interférométrie à synchronisation temporelle - la réflectivité de la facette terminale est directement mesurée pour la première fois.

Durant la dernière décennie, l'idée de l'informatique photonique, où les électrons sont remplacés par de la lumière dans les circuits microélectroniques, est devenue une technologie future. Cela promet un faible coût, l'informatique ultra-rapide et potentiellement quantique, avec des applications spécifiques en apprentissage automatique à haute efficacité et en calcul neuromorphique. Alors que les éléments de calcul et les détecteurs ont été développés, le besoin d'échelle nanométrique, les sources lumineuses à haute densité et facilement intégrables restent insatisfaites. Les nanofils semi-conducteurs sont considérés comme un candidat potentiel, en raison de leur petite taille (de l'ordre de la longueur d'onde de la lumière), la possibilité d'une croissance directe sur le silicium standard de l'industrie, et leur utilisation de matériaux établis. Cependant, à ce jour, il n'a pas été démontré que de tels lasers à nanofils sur silicium fonctionnent en continu à température ambiante.

Dans un nouvel article publié dans Science de la lumière et applications , scientifiques du Photon Science Institute de Manchester, Le Royaume-Uni, avec des collègues de l'University College London et de l'Université de Warwick, démontre une nouvelle voie pour obtenir des lasers à nanofils intégrables au silicium à faible seuil. Basé sur de nouvelles hétérostructures semi-conductrices directes-indirectes activées par la plate-forme de nanofils, ils démontrent un laser de plusieurs nanosecondes à température ambiante. Un élément de conception clé est le besoin d'extrémités de nanofils à haute réflectivité; il s'agit généralement d'une exigence difficile, car les méthodes de croissance courantes ne permettent pas une optimisation simple pour des facettes finales de haute qualité. Cependant, dans cette étude, en utilisant un nouvel interféromètre temporisé, les chercheurs démontrent que la réflectivité peut dépasser 70 %, soit environ le double de celle attendue pour un laser conventionnel à extrémité plate en raison du confinement de la lumière.

Ensemble, la nouvelle structure du matériau et la cavité de haute qualité contribuent à un seuil laser bas - une mesure de la puissance requise pour activer le laser dans les nanofils - de seulement 6uJ/cm ² , ordres de grandeur inférieurs à ceux précédemment démontrés. Non seulement cette nouvelle approche fournit des nanolasers de haute qualité, mais la croissance de MBE fournit un rendement élevé de fils fonctionnels, avec plus de 85% des nanofils testés fonctionnant à pleine puissance sans dommage thermique. Ce rendement élevé est critique pour l'intégration industrielle de cette nouvelle structure.