Les chercheurs ont conçu un nouveau type de laser appelé laser à anneau de points quantiques qui émet du rouge, Orange, et feu vert. Les différentes couleurs sont émises par différentes parties de la boîte quantique - le rouge du noyau, vert de la coquille, et orange à partir d'une combinaison des deux - et peut être facilement commuté en contrôlant la compétition entre l'émission de lumière du noyau et de la coque.

Les chercheurs, Boris le Feber, Ferry Prins, Eva De Léo, Freddy T. Rabouw, et David J. Norris, à l'ETH Zurich, La Suisse, ont publié un article sur les nouveaux lasers dans un récent numéro de Lettres nano .

Le travail démontre les effets intéressants qui sont possibles avec les lasers à base de points quantiques, qui sont des sphères de cristal de taille nanométrique faites de matériaux semi-conducteurs. Dans ces lasers, les points quantiques sont souvent recouverts de coquilles d'un matériau différent. Lorsqu'il est allumé, les coquilles n'émettent pas seulement leur propre lumière, mais ils canalisent aussi des porteurs photoexcités (excitons) vers les cœurs des boîtes quantiques, ce qui améliore l'émission de lumière centrale du laser.

Afin de fabriquer des lasers à points quantiques qui peuvent basculer entre l'émission de lumière uniquement à partir des noyaux ou uniquement des coques, les chercheurs ont conçu une cavité laser spéciale, qui est la partie centrale du laser responsable du confinement et de la réflexion de la lumière jusqu'à ce qu'elle devienne hautement cohérente. Bien que les lasers à points quantiques aient été largement étudiés, l'effet de la cavité laser sur les performances du laser à points quantiques a été largement inexploré jusqu'à présent.

Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont fabriqué des cavités laser de haute qualité constituées de réseaux d'anneaux de points quantiques hautement structurés. Les lasers résultants présentent des facteurs de qualité de cavité très élevés, presque un ordre de grandeur supérieur à ceux des lasers à points quantiques typiques, qui ont généralement des cavités aléatoires.

« Nous avons pu démontrer une approche de fabrication simple qui a conduit à des cavités annulaires de haute qualité qui nous ont permis d'explorer ce comportement de « commutation de couleur » dans un laser à points quantiques, " Norris, Professeur de génie des matériaux à l'ETH Zurich, Raconté Phys.org . "Dans les cavités de mauvaise qualité, il est peu probable que nous aurions pu observer cet effet."

Les chercheurs ont démontré que, à faible puissance, les nouveaux lasers émettent de la lumière rouge à partir de leurs noyaux, alors qu'à des puissances plus élevées, ils émettent de la lumière verte à partir des coquilles. Aux puissances intermédiaires, la lumière vient à la fois du noyau et de la coque, et apparaît ainsi orange. Comme l'expliquent les chercheurs, il est possible d'étouffer complètement l'émission du cœur car l'émission du cœur a lieu sur une échelle de temps de la picoseconde, alors que l'émission de la coquille se produit sur une échelle de temps subpicoseconde et peut donc dépasser largement l'émission du cœur, tant que la puissance laser est suffisamment élevée.

À l'avenir, les propriétés uniques des lasers à anneau de points quantiques peuvent conduire à des applications dans les affichages laser, détection chimique, et d'autres domaines. Mais avant que ces applications puissent être réalisées, les chercheurs prévoient d'améliorer encore les performances du laser.

"Nous démontrons l'effet de "changement de couleur" dans ce travail, mais le changement de couleur se produit à des puissances très élevées, " Norris dit. " Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour voir si le même effet peut se produire à des puissances plus raisonnables. Ce serait utile pour les applications. Heureusement, les boîtes quantiques continuent de s'améliorer (en termes de performances pour les lasers), et nous pouvons immédiatement appliquer ces améliorations à nos appareils."

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