L'un des secrets pour rendre de minuscules dispositifs laser tels que les scalpels de chirurgie ophtalmique fonctionnent encore plus efficacement est l'utilisation de minuscules particules semi-conductrices, appelés points quantiques. Dans une nouvelle recherche de l'équipe Nanotech du Laboratoire national de Los Alamos, les points de la taille d'un nanomètre sont falsifiés, ou "dopé, " avec des électrons supplémentaires, un traitement qui rapproche les points de plus en plus de la production de la lumière laser souhaitée avec moins de stimulation et de perte d'énergie.

"Lorsque nous adaptons correctement le profil de composition au sein des particules au cours de leur fabrication, puis injecter deux ou plusieurs électrons dans chaque point, ils deviennent plus capables d'émettre de la lumière laser. Surtout, ils nécessitent beaucoup moins de puissance pour initier l'action laser, " dit Victor Klimov, chef de l'équipe Nanotech.

Pour forcer un matériau à émettre de la lumière laser, il faut travailler vers une « inversion de population, " C'est, faire en sorte que le nombre d'électrons dans un état électronique d'énergie supérieure dépasse le nombre d'électrons dans un état d'énergie inférieure. Pour atteindre cette condition normalement, on applique un stimulus externe (optique ou électrique) d'une certaine puissance, qui doit dépasser une valeur critique appelée "seuil de gain optique". Dans une récente avancée de changement de paradigme, Les chercheurs de Los Alamos ont démontré qu'en ajoutant des électrons supplémentaires dans leurs points quantiques spécialement conçus, ils peuvent réduire ce seuil à pratiquement zéro.

Un matériau laser standard, lorsqu'il est stimulé par une pompe, absorbe la lumière pendant un certain temps avant qu'elle ne commence à disparaître. En route pour le laser, le matériau passe par l'état de "transparence optique" lorsque la lumière n'est ni absorbée ni amplifiée. En ajoutant des transporteurs de frais supplémentaires à leurs points quantiques, les chercheurs de Los Alamos ont réussi à bloquer l'absorption et à créer l'état de transparence sans stimulation externe. Cela implique que même un pompage extrêmement faible peut maintenant initier une émission laser.

Un autre ingrédient important de cette recherche est un nouveau type de points quantiques dont l'intérieur est conçu pour maintenir l'état d'activité laser beaucoup plus longtemps que les particules standard. Normalement, la présence d'électrons supplémentaires supprimerait l'effet laser car l'énergie des points quantiques est rapidement libérée non pas sous forme de flux de photons mais sous forme de chaleur gaspillée. La nouvelle conception des particules de Los Alamos élimine ces pertes parasites, rediriger l'énergie de la particule dans le canal d'émission. « Ces études ouvrent des opportunités intéressantes pour la réalisation de nouveaux types de dispositifs laser à faible seuil qui peuvent être fabriqués à partir d'une solution utilisant une variété de substrats et de conceptions de cavités optiques pour des applications allant de la fibre optique et des réseaux laser à grande échelle à l'éclairage laser et au laboratoire. -technologies de détection de puces, " a déclaré Klimov.

La recherche est décrite dans la revue Nature Nanotechnologie cette semaine.