Los Alamos -forskare har infört noggrant konstruerade kolloidala kvantpunkter i en ny typ av ljusdioder (LED) som innehåller en integrerad optisk resonator, vilket gör att de kan fungera som lasrar. Dessa romaner, enheter med två funktioner rensar vägen mot mångsidig, tillverkningsvänliga laserdioder. Tekniken kan potentiellt revolutionera många områden från fotonik och optoelektronik till kemisk avkänning och medicinsk diagnostik.

"Detta senaste genombrott tillsammans med andra senaste framsteg inom kvantpunktskemi och enhetsteknik som vi har uppnått tyder på att laserdioder monterade från lösning snart kan bli verklighet, "sa Victor Klimov, chef för quantum dot -gruppen vid Los Alamos National Laboratory. "Quantum dot -skärmar och tv -apparater finns redan som kommersiella produkter. De kolloidala quantum dot -lasrarna verkar vara nästa i raden."

Kolloidala quantum dot -lasrar kan tillverkas med billigare, enklare metoder än moderna halvledarlaserdioder som kräver sofistikerade, vakuumbaserade, lager-för-lager-deponeringsteknik. Lösningsbearbetningsbara lasrar kan produceras i mindre utmanande lab- och fabriksförhållanden, och kan leda till enheter som skulle gynna ett antal nya områden, inklusive integrerade fotoniska kretsar, optiska kretsar, lab-on-a-chip-plattformar, och bärbara enheter.

Under de senaste två decennierna har Los Alamos quantum dot -team har arbetat med grundläggande och tillämpade aspekter av laserenheter baserade på halvledarnanokrystaller framställda via kolloidal kemi. Dessa partiklar, även känd som kolloidala kvantpunkter, kan enkelt bearbetas från sin egen lösningsmiljö för att skapa olika optiska, elektronisk, och optoelektroniska enheter. Vidare, de kan "storlek-tunas" för laserapplikationer för att producera färger som inte är tillgängliga med befintliga halvledarlaserdioder.

I en artikel publicerad idag Naturkommunikation , Los Alamos -forskarna löste framgångsrikt flera utmaningar på vägen till kommersiellt livskraftig kolloidal kvantpunktsteknik. I synnerhet demonstrerade de en operativ LED, som också fungerade som en optiskt pumpad, låg tröskel laser. För att uppnå dessa beteenden, de införlivade en optisk resonator direkt i LED-arkitekturen utan att hindra laddningsbärarflöden in i det kvantprickemitterande skiktet. Ytterligare, genom att noggrant utforma strukturen för deras flerlagersanordning, de kunde uppnå en bra begränsning av det utsända ljuset i det ultratunna kvantpunktmediet i storleksordningen 50 nanometer. Detta är nyckeln till att uppnå lasereffekten och, på samma gång, möjliggör effektiv excitation av kvantprickarna med den elektriska strömmen. Den sista ingrediensen i denna framgångsrika demonstration var unik, hemgjorda kvantprickar som är perfekta för lasertillämpningar per recept som utvecklats av Los Alamos-teamet under åren av forskning om kemi och fysik för dessa nanostrukturer.

Nuvarande, Los Alamos -forskarna hanterar den återstående utmaningen, vilket ökar strömtätheten till nivåer som är tillräckliga för att erhålla så kallad 'populationsinversion'-regimen när kvantpunkt-aktivt medium förvandlas till en ljusförstärkare.