Dans un développement révolutionnaire, Les scientifiques de Los Alamos ont montré qu'ils peuvent amplifier avec succès la lumière en utilisant des films excités électriquement de nanocristaux semi-conducteurs synthétisés chimiquement, connus sous le nom de points quantiques. Les films de points quantiques sont intégrés dans des dispositifs un peu comme les diodes électroluminescentes (LED) désormais omniprésentes, mais, dans ce cas conçu pour supporter les densités de courant élevées requises pour atteindre le régime de gain optique. On voit tous les jours des diodes laser dans les pointeurs laser, lecteurs de codes-barres et similaires, et un élément clé de ces dispositifs est un support à gain optique, qui au lieu d'absorber la lumière incidente, l'amplifie.

"Le gain optique avec des points quantiques excités électriquement est maintenant une réalité, " dit Victor Klimov, chef de l'équipe des points quantiques à Los Alamos. « Nous avons travaillé au développement de nouveaux médias laser, utilisant des points quantiques synthétisés chimiquement, bien qu'il ait été largement admis que le laser à points quantiques avec stimulation électrique est tout simplement impossible, " dit-il. " En utilisant nos points spécialement conçus, nous pouvons éviter les pertes d'énergie créées par la recombinaison Auger."

Nouveaux lasers, fait plus efficacement

Ces résultats démontrent la faisabilité d'une nouvelle génération d'appareils hautement flexibles, des lasers pompés électriquement pouvant être traités à partir de solutions pouvant compléter ou même éventuellement remplacer les diodes laser existantes fabriquées à l'aide de techniques épitaxiées sous vide plus complexes et plus coûteuses. Ces dispositifs potentiels peuvent permettre une variété d'applications, à partir de modules laser RVB pour écrans et projecteurs, aux micro-lasers multi-longueurs d'onde pour le diagnostic biologique et chimique.

Points de conception sans perte de chaleur

Dans le nouveau rapport publié aujourd'hui dans Matériaux naturels , l'équipe de Los Alamos démontre qu'en utilisant leurs points quantiques « concepteurs », ils peuvent réaliser une amplification de la lumière dans un solide nanocristal avec un pompage électrique en courant continu. La propriété clé des nouveaux points quantiques, soulignant le succès de l'étude menée, est un intérieur de particules soigneusement conçu dans lequel la composition du matériau varie en continu le long d'une direction radiale. Cette approche élimine les étapes brusques dans la composition atomique qui déclencheraient normalement la recombinaison Auger. Par conséquent, les points quantiques conçus offrent une suppression presque complète de la perte de chaleur de l'effet Auger, et cela permet de rediriger l'énergie libérée par le courant électrique dans le canal d'émission de lumière au lieu de gaspiller de la chaleur.

L'équipe de nanotechnologie de Los Alamos a initialement découvert l'effet laser dans les nanocristaux semi-conducteurs en 2000. Dans ces expériences de preuve de principe, rapporté dans le journal Science , les points quantiques ont été stimulés avec des impulsions laser très courtes (femtosecondes) utilisées pour compenser la décroissance du gain optique causée par le processus Auger. Les courtes durées de vie du gain optique créent un problème particulièrement grave dans le cas du pompage électrique, ce qui est un processus intrinsèquement lent car les électrons et les trous sont injectés un par un dans la boîte quantique.

Rester concentré

Un autre élément important de ce travail est une architecture spéciale de dispositif de « focalisation de courant » qui permet les densités de courant élevées nécessaires pour obtenir un gain optique. La méthode utilisée par les chercheurs de Los Alamos consistait à effiler l'une des électrodes d'injection de charge, limiter la taille de la zone conductrice de courant à moins de 100 microns. En utilisant cette stratégie, ils ont pu produire une concentration de courant suffisante pour atteindre le régime d'amplification de la lumière sans endommager ni les points ni les couches d'injection.