Lorsqu'un individu utilise Facebook ou effectue une recherche sur Google, le traitement de l'information se fait dans un grand centre de données. Les interconnexions optiques à courte distance peuvent améliorer les performances de ces centres de données. Les systèmes actuels utilisent des électrons, ce qui pourrait provoquer une surchauffe et gaspiller de l'énergie. Cependant, l'utilisation de la lumière pour transférer des informations entre les puces informatiques et les cartes peut améliorer l'efficacité.

Professeur adjoint de génie électrique et physique de l'Université de Washington Arka Majumdar, Le professeur agrégé de science et ingénierie des matériaux et de physique Xiaodong Xu et leur équipe ont découvert une première étape importante vers la construction de nanolasers à pompage électrique (ou sources lumineuses). Ces lasers sont essentiels au développement d'interconnexions et de capteurs optiques intégrés à courte distance basés sur la photonique.

Les résultats ont été publiés dans une édition récente de Lettres nano .

L'équipe a démontré cette première étape grâce à l'électroluminescence à cavité améliorée à partir de matériaux monocouches atomiquement minces. La finesse de ce matériau permet une coordination efficace entre les deux composants clés du laser. L'électroluminescence et le matériau améliorés par la cavité permettront des centres de données économes en énergie et prendront en charge le calcul parallèle haute performance.

Les semi-conducteurs atomiquement minces récemment découverts ont suscité un intérêt considérable en raison de l'émission de lumière dans la limite 2D. Cependant, en raison de l'extrême finesse de ce matériau, son intensité d'émission n'est généralement pas assez forte, et il est important de les intégrer à des dispositifs photoniques (nano-lasers, dans ce cas) pour obtenir plus de lumière.

"Les chercheurs ont démontré l'électroluminescence dans ce matériau [monocouche atomiquement mince], " dit Majumdar. " L'année dernière, nous avons également signalé le fonctionnement d'un laser à pompage optique à seuil ultra-bas, en utilisant ce matériau intégré à la nano-cavité. Mais pour des applications pratiques, des appareils électriques sont nécessaires. En utilisant ceci, on peut alimenter les appareils en utilisant du courant électrique. Par exemple, vous alimentez votre pointeur laser à l'aide d'une batterie électrique. "

Majumdar et Xu ont récemment signalé une électroluminescence améliorée par cavité dans un matériau atomiquement mince. Une hétérostructure de différents matériaux monocouches est utilisée pour améliorer l'émission. Sans la cavité, l'émission est large bande (unidirectionnelle) et faible. Une nano-cavité améliore l'émission et permet également un fonctionnement monomode (dirigé). Cela permet une modulation directe de l'émission, une exigence cruciale pour la communication des données.

Ces structures présentent un intérêt scientifique actuel et sont considérées comme la nouvelle « ruée vers l'or » de la physique de la matière condensée et de la science des matériaux. Leur résultat actuel et la démonstration précédente de lasers à pompage optique montrent la promesse de nano-lasers à pompage électrique, qui constitue la prochaine étape de cette recherche. Cette prochaine réalisation améliorera l'efficacité du centre de données pour des performances optimales.

"Notre équipe explore actuellement l'intégration des matériaux monocouches avec une plateforme de nitrure de silicium, " dit Majumdar. " A travers ce travail, nous espérons atteindre la compatibilité convoitée CMOS [complémentaire métal-oxyde-semiconducteur], qui est le même processus par lequel les processeurs informatiques sont fabriqués aujourd'hui."

La recherche est financée par des subventions de la National Science Foundation et de l'Air Force Office of Scientific Research.