Pour la première fois, les chercheurs ont construit un nanolaser qui n'utilise qu'une seule couche moléculaire, posé sur une fine poutre de silicium, qui fonctionne à température ambiante. Le nouvel appareil, développé par une équipe de chercheurs de l'Arizona State University et de l'Université Tsinghua, Pékin, Chine, pourrait potentiellement être utilisé pour envoyer des informations entre différents points sur une même puce informatique. Les lasers peuvent également être utiles pour d'autres applications de détection dans un boîtier compact, format intégré.

"Il s'agit de la première démonstration du fonctionnement à température ambiante d'un nanolaser constitué du matériau monocouche, " a déclaré Cun-Zheng Ning, un professeur de génie électrique de l'ASU qui a dirigé l'équipe de recherche. Les détails du nouveau laser sont publiés dans l'édition en ligne de juillet de Nature Nanotechnologie .

En plus de Ning, principaux auteurs de l'article, "Lasing à onde continue à température ambiante à partir de ditellurure de molybdène monocouche intégré à une cavité en nanofaisceau de silicium, " inclure Yongzhuo Li, Jianxing Zhang, Dandan Huang de l'Université Tsinghua.

Ning a déclaré que le pivot du nouveau développement est l'utilisation de matériaux qui peuvent être posés en une seule couche et amplifient efficacement la lumière (action laser). Des nanolasers monocouches ont déjà été développés, mais ils ont tous dû être refroidis à basse température à l'aide d'un cryogène comme l'azote liquide ou l'hélium liquide. Pouvoir fonctionner à des températures ambiantes (~77 F) ouvre de nombreuses possibilités d'utilisation de ces nouveaux lasers, " a dit Ning.

L'équipe de recherche conjointe ASU-Tsinghua a utilisé une monocouche de ditellurure de molybdène intégrée à une cavité de nanofaisceau de silicium pour leur appareil. En associant le ditellurure de molybdène au silicium, qui est le fondement de la fabrication de semi-conducteurs et l'un des meilleurs matériaux de guide d'ondes, les chercheurs ont pu obtenir une action laser sans refroidissement, dit Ning.

Un laser a besoin de deux éléments clés - un milieu de gain qui produit et amplifie les photons, et une cavité qui confine ou piège les photons. Bien que ces choix de matériaux soient faciles pour les gros lasers, ils deviennent plus difficiles à l'échelle nanométrique pour les nanolasers. Les nanolasers sont inférieurs au 100e de l'épaisseur d'un cheveu humain et devraient jouer un rôle important dans les futures puces informatiques et divers dispositifs de détection et de détection de la lumière.

Le choix des matériaux bidimensionnels et du guide d'onde en silicium a permis aux chercheurs d'atteindre un fonctionnement à température ambiante. Les excitons dans le tellurure de molybdène émettent dans une longueur d'onde transparente au silicium, rendant le silicium possible en tant que matériau de guide d'ondes ou de cavité. La fabrication précise de la cavité du nanofaisceau avec un réseau de trous gravés et l'intégration de matériaux monocouches bidimensionnels étaient également la clé du projet. Les excitons dans de tels matériaux monocouches sont 100 fois plus forts que ceux des semi-conducteurs conventionnels, permettant une émission lumineuse efficace à température ambiante.

Parce que le silicium est déjà utilisé en électronique, notamment dans les puces informatiques, son utilisation dans cette application est importante dans les applications futures.

« Une technologie laser qui peut aussi être fabriquée sur du silicium est un rêve pour les chercheurs depuis des décennies, " a déclaré Ning. " Cette technologie permettra à terme aux gens de mettre à la fois l'électronique et la photonique sur la même plate-forme de silicium, simplifiant grandement la fabrication."

Le silicium n'émet pas de lumière efficacement et doit donc être combiné avec d'autres matériaux électroluminescents. Actuellement, d'autres semi-conducteurs sont utilisés, comme le phosphure d'indium ou l'arséniure de garlium d'indium qui sont des centaines de fois plus épais, se lier avec du silicium pour de telles applications.

Les nouveaux matériaux monocouches combinés au silicium éliminent les défis rencontrés lors de la combinaison avec des matériaux plus épais, matériaux dissemblables. Et, car ce matériau sans silicone n'a qu'une seule couche d'épaisseur, il est souple et moins susceptible de se fissurer sous contrainte, selon Ning.

Avoir hâte de, l'équipe travaille à alimenter leur laser en tension électrique pour rendre le système plus compact et facile à utiliser, en particulier pour son utilisation prévue sur des puces informatiques.