(Phys.org) -- Une étude théorique récente d'un doctorant de l'Université de Waterloo en ingénierie des nanotechnologies suggère que les fabricants pourraient un jour fabriquer des lasers et des LED à partir de silicium, avec le potentiel de baisser considérablement leur prix.
Daryoush Shiri dit que la fabrication de lasers et de diodes électroluminescentes (LED) à partir de silicium en vrac, l'un des minéraux les plus abondants sur terre, est un objectif de longue date de la communauté du génie photonique. Mais alors que le coût du silicium est faible, il souffre d'une propriété électronique inhérente appelée bande interdite indirecte qui entrave l'émission lumineuse de ce matériau. Par conséquent, les lasers sont actuellement fabriqués en utilisant d'autres, matériaux plus chers.
"Des calculs numériques approfondis qui impliquaient des études de mécanique quantique de premier principe et d'autres études ont prouvé que les nanofils de silicium présentent des changements spectaculaires des propriétés d'émission de lumière lorsque nous appliquons une contrainte mécanique, " dit Shiri.
Ses découvertes ont été récemment publiées dans Rapports scientifiques , une revue du Nature Publishing Group. Les recherches de Shiri montrent qu'en étirant ou en comprimant le nanofil de silicium, vous pouvez induire un changement significatif dans ses capacités d'émission de lumière. Le passage d'un courant électrique à travers le dispositif dans son état tendu conduit à une inversion de population, ce qui signifie que les électrons sont prêts pour l'émission de lumière. Une fois la tension retirée, les électrons libèrent leur énergie sous forme de paquets de lumière, le principe central du laser. Shiri souligne que ce mécanisme de laser est unique aux nanofils de silicium et qu'il n'est pas réalisable dans le silicium massif. La couleur de la lumière émise peut être contrôlée à la fois par contrainte et à l'aide de nanofils de différents diamètres.
Collaborer avec un laboratoire capable de fabriquer les nanofils de silicium est la prochaine étape. Shiri aimerait voir les minuscules structures de silicium en forme de moustaches réduites des 10 nanomètres typiques à trois à cinq nanomètres. En réduisant le diamètre du nanofil, les électrons ont une meilleure chance de dégager leur énergie sous forme de lumière. Il s'attend à ce qu'il faille entre deux et cinq ans d'expérimentation jusqu'à ce que les nanofils soient fabriqués aux échelles idéales.
Les consommateurs voient des lasers dans tout, des scanners de codes-barres de supermarchés, imprimantes laser, aux lecteurs de CD ou de DVD. Les LED sont utilisées dans les phares de voiture, les lampes, et d'autres produits de consommation.
Shiri a collaboré à ses recherches avec ses directeurs de thèse de doctorat C.R. Selvakumar, professeur de génie électrique et informatique à Waterloo; Anant Anantram, un ancien professeur d'ingénierie à Waterloo qui est maintenant à l'Université de Washington-Seattle; et Amit Verma, professeur à la Texas A &M University-Kingsville.
