Tek moleküllü katman ve ince silikon kiriş, oda sıcaklığında nanolaser işlemine olanak sağlar.

Anonim

Araştırmacılar, ilk kez, oda sıcaklığında çalışan, ince bir silikon kiriş üzerine yerleştirilmiş, sadece tek bir moleküler katman kullanan bir nanolaser üretti. Arizona Eyalet Üniversitesi ve Tsinghua Üniversitesi, Pekin, Çin'den bir ekip tarafından geliştirilen yeni cihaz, potansiyel olarak tek bir bilgisayar çipi üzerindeki farklı noktalar arasında bilgi göndermek için kullanılabilir. Lazerler ayrıca, kompakt, entegre bir formatta diğer algılama uygulamaları için de yararlı olabilir.

Araştırma ekibini yöneten ASU elektrik mühendisliği profesörü Cun-Zheng Ning, “Bu, tek katmanlı malzemeden yapılmış bir nanolaserin oda sıcaklığı çalışmasının ilk gösterimidir” dedi. Yeni lazerin detayları Temmuz ayında Nature Nanotechnology'nin çevrimiçi baskısında yayınlandı.

Makalenin ana yazarları olan Ning'a ek olarak, "Silikon Nanobeam Kavitesi ile Entegre Edilen Monolayer Molybdenum Ditelluride'den Oda Sıcaklığı Sürekli Dalgalama Lazeri", Tsinghua Üniversitesi'nden Jianxing Zhang, Dandan Huang, Yongzhuo Li.

Ning, yeni gelişmenin önceliğinin, tek katmanlar halinde yerleştirilebilen ve ışığın verimli bir şekilde (lazer hareketi) yükseltilebilen malzemelerin kullanılması olduğunu söyledi. Daha önce tek katmanlı nanolasörler geliştirilmiş, ancak hepsi kriyojen gibi sıvı azot veya sıvı helyum kullanılarak düşük sıcaklıklara soğutulmak zorundaydılar. Oda sıcaklıklarında (~ 77 F) çalışabilmek, bu yeni lazerlerin kullanımları için pek çok olanak sunuyor "dedi.

Ortak ASU-Tsinghua araştırma ekibi, cihazları için bir silikon nano ışını boşluğuna entegre edilen bir tek moleküllü molibden ditelluride kullanmıştır. Ning, molibden ditelluride'yi yarıiletken üretiminde ana kaya olan silikon ve en iyi dalga kılavuzlu materyallerden biri ile birleştirerek, soğutmadan lasing işlemi gerçekleştirebildi.

Bir lazerin iki anahtar parçasına ihtiyacı vardır - fotonları üreten ve çoğaltan bir kazanç ortamı ve fotonları sınırlayan veya yakalayan bir oyuk. Bu tür malzemeler büyük lazerler için kolay olsa da, nanolasterler için nanometre ölçeklerinde daha zor hale geliyorlar. Nanolasterler, insan saçı kalınlığının 100'ünden daha küçüktür ve gelecekteki bilgisayar çiplerinde ve çeşitli ışık algılama ve algılama cihazlarında önemli rol oynaması beklenir.

İki boyutlu materyallerin seçimi ve silikon dalga kılavuzu, araştırmacıların oda sıcaklığına erişmelerini sağladı. Molibden tellürideki eksitonlar, bir dalga kılavuzu veya boşluk materyali olarak silikon yapılabilen, silikona saydam olan bir dalga boyunda yayılırlar. Nano ışını boşluğunun kazınmış bir dizi delikle ve iki boyutlu tek tabakalı malzemelerin entegrasyonuyla kesin olarak üretilmesi de projenin anahtarıydı. Bu tek tabakalı malzemelerdeki eksitonlar, geleneksel yarı iletkenlere kıyasla 100 kat daha güçlüdür ve bu da oda sıcaklığında verimli ışık yayılmasına olanak tanır.

Silikon, elektronikte, özellikle bilgisayar çiplerinde kullanıldığından, bu uygulamadaki kullanımı gelecekteki uygulamalarda önemlidir.

Ning, “Silikon üzerinde de yapılabilecek bir lazer teknolojisi, araştırmacılar için on yıllardır bir hayaldi” dedi. "Bu teknoloji sonunda insanların hem elektronik hem de fotonikleri aynı silikon platformuna koymalarına izin verecek, üretimi büyük ölçüde basitleştirecek."

Silikon verimli bir şekilde ışık yaymaz ve bu nedenle diğer ışık yayan malzemelerle birleştirilmelidir. Halihazırda, bu tür uygulamalar için silikon ile bağ kurmak üzere yüzlerce kat daha kalın olan İndiyum fosfid veya İndiyum Garlium Arsenide gibi diğer yarı iletkenler kullanılmaktadır.

Silikon ile birleştirilmiş yeni tek katlı malzemeler daha kalın, farklı malzemelerle birleştirildiğinde karşılaşılan zorlukları ortadan kaldırır. Ve, bu non-silisyum malzeme sadece tek bir katman kalın olduğu için, Ning'e göre, esnek ve stres altında çatlamak için daha az olasıdır.

İleriye dönük olarak, ekip, özellikle bilgisayar çiplerinde kullanılması amaçlanan, sistemi daha kompakt ve kullanımı kolay hale getirmek için lazerlerini elektrik voltajıyla güçlendirmek için çalışıyor.

menu
menu