Исследователи из Лос-Аламоса показали, что они могут усиливать свет, используя электрически возбужденные пленки квантовых точек (то есть химически синтезированные полупроводниковые нанокристаллы). Пленки вставляются в устройства, похожие на светодиоды (LED), но в этом случае они предназначены для поддержания высоких плотностей тока, необходимых для достижения режима оптического усиления.
Лазерные диоды являются распространенными устройствами и могут устанавливаться в лазерных указателях, считывателях штрих-кодов и других девайсах. Ключевым элементом таких устройств является среда с оптическим усилением, которая усиливает падающий свет, а не поглощает его.
«Мы работаем над созданием новых медиа-носителей с использованием химически синтезированных квантовых точек, хотя ранее считалось, что квантово-точечная генерация с электрической стимуляцией просто невозможна», — говорит Виктор Климов, руководитель команды разработчиков квантовых точек в Лос-Аламосе.
Успех эксперимента демонстрирует возможность создания нового поколения гибких лазеров с электрической накачкой, которые могут использоваться с существующими лазерными диодами или заменять их, так как они изготовлены с использованием более сложных и дорогостоящих эпитаксиальных методов на основе вакуума. Эти новые устройства могут применяться от лазерных модулей RGB для дисплеев и проекторов до многоволновых микролазеров для биологической и химической диагностики.
Исследователи из Лос-Аламоса использовали свои «дизайнерские» квантовые точки для усиления света в нанокристаллическом твердом теле с электрической накачкой постоянным током. Ключевым свойством новых квантовых точек является тщательно спроектированная внутренняя часть частиц, в которой состав материала непрерывно изменяется в радиальном направлении. Это устраняет резкие ступени в атомном составе, которые обычно вызывают эффект Оже. В результате квантовые точки имеют почти полное подавление тепловых потерь Оже эффекта, что позволяет перенаправить энергию, выделяемую электрическим током в канал световой эмиссии, а не на выделения теплоты.
В этих экспериментах квантовые точки стимулировались короткими (фемтосекундными) лазерными импульсами, используемыми для вытеснения разложения оптического усиления, вызванного Оже процессом. Короткие времена жизни оптического усиления создают особенно серьезную проблему в случае электрической накачки, которая является по своей сути очень медленным процессом, поскольку электроны и дырки вводятся в квантовую точку один за другим.
Другим важным элементом этой работы является специальная «токофокусирующая» архитектура, которая позволяет использовать высокую плотность тока, необходимую для оптического усиления. Метод, используемый исследователями из Лос-Аламоса, заключался в том, чтобы сузить один из электродов нагнетания заряда, ограничивая размер токопроводящей области менее чем 100 микрон. Используя эту стратегию, они создавали текущие концентрации, достаточные для достижения режима усиления света, не повреждая ни точек, ни инъекционных слоев.
