Rouge, vert, et les lasers bleus sont devenus suffisamment petits et bon marché pour se retrouver dans des produits allant des lecteurs DVD BluRay aux stylos fantaisie, mais chaque couleur est fabriquée avec différents matériaux semi-conducteurs et par des processus de croissance cristalline élaborés. Un nouveau prototype de technologie démontre que ces trois couleurs proviennent d'un même matériau. Cela pourrait ouvrir la porte à la fabrication de produits, tels que les écrans numériques haute performance, qui utilisent une variété de couleurs laser à la fois.

"Aujourd'hui, afin de créer un affichage laser avec des couleurs arbitraires, du blanc aux nuances de rose ou de sarcelle, vous auriez besoin que ces trois systèmes matériels distincts se réunissent sous la forme de trois lasers distincts qui en aucune façon n'auraient quelque chose en commun, " dit Arto Nurmikko, professeur d'ingénierie à l'Université Brown et auteur principal d'un article décrivant l'innovation dans la revue Nature Nanotechnologie . "Entrez maintenant dans une classe de matériaux appelés points quantiques semi-conducteurs."

Les matériaux des prototypes de laser décrits dans l'article sont des particules semi-conductrices de taille nanométrique appelées points quantiques colloïdaux ou nanocristaux avec un noyau interne d'alliage de cadmium et de sélénium et un revêtement de zinc, cadmium, et un alliage de soufre et une colle moléculaire organique exclusive. Chimistes à QD Vision de Lexington, Masse., synthétiser les nanocristaux en utilisant un procédé de chimie humide qui leur permet de faire varier avec précision la taille des nanocristaux en faisant varier le temps de production. La taille est tout ce qui doit changer pour produire différentes couleurs de lumière laser :les noyaux de 4,2 nanomètres produisent de la lumière rouge, Ceux de 3,2 nanomètres émettent une lumière verte et ceux de 2,5 nanomètres brillent en bleu. Différentes tailles produiraient d'autres couleurs le long du spectre.

La gaine et la structure nanocristalline sont des avancées essentielles au-delà des tentatives précédentes de fabrication de lasers avec des points quantiques colloïdaux, a déclaré l'auteur principal Cuong Dang, associé de recherche principal et responsable du laboratoire de nanophotonique dans le groupe de Nurmikko à Brown. En raison de leurs performances mécaniques et électriques quantiques améliorées, il a dit, les pyramides enrobées nécessitent 10 fois moins d'énergie pulsée soit 1, 000 fois moins de puissance pour produire de la lumière laser que les tentatives précédentes de la technologie.

Vernis à ongles quantique

Lorsque les chimistes de QDVision préparent un lot de points quantiques colloïdaux pour les spécifications conçues par Brown, Dang et Nurmikko reçoivent un flacon d'un liquide visqueux qui, selon Nurmikko, ressemble un peu à du vernis à ongles. Pour faire un laser, Dang enduit un carré de verre - ou une variété d'autres formes - avec le liquide. Lorsque le liquide s'évapore, ce qui reste sur le verre sont plusieurs solides densément emballés, couches hautement ordonnées des nanocristaux. En prenant ce verre en sandwich entre deux miroirs spécialement préparés, Dang crée l'une des structures laser les plus difficiles, appelé laser à émission de surface à cavité verticale. L'équipe dirigée par Brown a été la première à créer un VCSEL fonctionnel avec des points quantiques colloïdaux.

L'alliage de revêtement extérieur des nanocristaux de zinc, cadmium, soufre et que la colle moléculaire est importante car elle réduit une exigence d'état électronique excité pour le laser et protège les nanocristaux d'une sorte de diaphonie qui rend difficile la production de lumière laser, dit Nurmikko. Chaque lot de points quantiques colloïdaux en a quelques-uns défectueux, mais normalement, quelques-uns suffisent pour interférer avec l'amplification de la lumière.

Face à une exigence élevée d'état électronique excité et à une diaphonie destructive dans une couche densément emballée, les groupes précédents avaient besoin de pomper leurs points avec beaucoup de puissance pour les pousser au-delà d'un seuil plus élevé pour produire une amplification de la lumière, un élément central de tout laser. En les pompant intensément, cependant, donne lieu à un autre problème :un excès d'états électroniques excités appelés excitons. Quand il y a trop de ces excitons parmi les points quantiques, l'énergie qui pourrait produire de la lumière est plutôt plus susceptible d'être perdue sous forme de chaleur, principalement par un phénomène connu sous le nom de processus Auger.