Tänk dig att skapa ett material för den digitala informationsvägen som tillåter en snabb bana med laserljus som zippar data förbi de traditionella kiselchipsen.

Ett multinstitutionellt team av forskare, ledd av University of Arkansas ingenjörsprofessor Shui-Qing "Fisher" Yu och en ledande tillverkare av halvledarutrustning i Arkansas, har gjort betydande förbättringar av en ny typ av laser, en halvledande anordning som injiceras med ljus, liknande en injektion av elektrisk ström. Denna "optiskt pumpade" laser, som är gjord av germaniumtenn odlat på kiselsubstrat, kan leda till snabbare mikrobearbetningshastighet till mycket lägre kostnad.

De nya fynden, rapporterade i ACS Photonics , en tidskrift för American Chemical Society, visat att den senaste versionen av denna typ av laser kan täcka ett bredare våglängdsområde, från 2 till 3 mikrometer, medan du använder en lägre lasertröskel och högre driftstemperatur - 180 Kelvin, eller minus 135 Farenheit - vilket betyder lägre strömförbrukning.

Legeringen germaniumtenn är ett lovande halvledande material som enkelt kan integreras i elektroniska kretsar, som de som finns i datorchips och sensorer. Materialet kan leda till utveckling av lågkostnad, lättvikt, kompakta och strömförbrukande elektroniska komponenter som använder ljus för informationsöverföring och avkänning.

Germanium tenn utnyttjar effektiva ljusutsläpp, en funktion som kisel, standard halvledare för datorchips, kan inte göra. Under de senaste åren har materialvetare och ingenjörer, inklusive Yu och flera av hans kollegor i detta projekt, har fokuserat på att odla germaniumtenn på kiselsubstrat för att bygga ett optoelektroniskt "superchip" som kan överföra data mycket snabbare än nuvarande chips. 2016, Yu och hans kollegor rapporterade tillverkningen av deras första generation, optiskt pumpad laser.

Forskarna uppnådde först en laseroperationstemperatur upp till 110 Kelvin. Den senaste temperaturen som uppnås med deras laser är 180 Kelvin, eller minus 135 grader Farenheit, den högsta som rapporterats för en germanium -tennlaser hittills.

Bredare våglängdsområde innebär potentiellt mer kapacitet att överföra data, Sa Yu. En lägre lasertröskel och högre driftstemperatur underlättar lägre strömförbrukning, vilket håller kostnaderna nere och hjälper till med designenkel. Yu sa att dessa förbättringar indikerar att enheten är närmare praktisk tillämpning.

Yu tillskrev den överlägsna laserprestandan till unika epitaxiala tillväxtmetoder som forskarna utvecklat baserat på nyupptäckta metoder för att odla materialet. Epitaxy är processen att deponera lager, eller skivor, av halvledande material på ett kristallint substrat.

"Resultaten som rapporteras i detta arbete visar ett stort framsteg mot laserkällor för integrerad fotonik, "Sa Yu.