Halvledarnas nanotrådlasrar är en avgörande komponent för integrerad optoelektronik på chip. Dock, kiselintegrerad, rumstemperatur, kontinuerligt fungerande och elektriskt pumpade nanotrådlasrar har ännu inte påvisats. I det här arbetet, en metod för att uppnå lågtröskel kvasi-fyra-nivå lasning med hjälp av indirekt-till-direkt bandspridning visas. Detta möjliggörs genom användning av en hög-Q-hålighet, och-med hjälp av en tidsgrindad interferometri-mäts slutfasettreflektiviteten direkt för första gången.

Under det senaste decenniet har idén om fotonisk beräkning - där elektroner ersätts med ljus i mikroelektroniska kretsar - har framkommit som en framtida teknik. Detta lovar låg kostnad, ultrahöghastighet och potentiellt kvantförbättrad beräkning, med specifika applikationer för högeffektiv maskininlärning och neuromorf datorbearbetning. Medan beräkningselementen och detektorerna har utvecklats, behovet av nanoskala, hög densitet och lättintegrerade ljuskällor förblir oupptäckta. Halvledar nanotrådar ses som en potentiell kandidat, på grund av deras lilla storlek (i storleksordningen ljusets våglängd), möjligheten för direkt tillväxt på kisel i industristandard, och deras användning av etablerat material. Dock, hittills, sådana nanotrådslasrar på kisel har inte visats fungera kontinuerligt vid rumstemperatur.

I en ny artikel publicerad i Ljusvetenskap och applikationer , forskare från Photon Science Institute i Manchester, Storbritannien med kollegor vid University College London och University of Warwick visar en ny väg för att uppnå kiselintegrerbara nanotrådlasrar med låg tröskel. Baserat på nya direktindirekta halvledar heterostrukturer som möjliggörs av nanotrådsplattformen, de visar multi-nanosekundlasning vid rumstemperatur. Ett viktigt designelement är behovet av högreflekterande nanotrådsändar; detta är vanligtvis ett utmanande krav, eftersom vanliga tillväxtmetoder inte tillåter enkel optimering för högkvalitativa slutfasetter. Dock, i den här studien, genom att använda en ny tidsgrindad interferometer visar forskarna att reflektiviteten kan vara över 70%-ungefär det dubbla av vad som förväntas för en konventionell flat-end laser på grund av ljusets inneslutning.

Tillsammans, den nya materialstrukturen och högkvalitetshåligheten bidrar till en låg lasertröskel - ett mått på den effekt som krävs för att aktivera lasning i nanotrådarna - på bara 6uJ/cm ² , storleksordningar lägre än tidigare visat. Inte bara ger detta nya tillvägagångssätt högkvalitativa nanolasers, men MBE-tillväxten ger ett högt utbyte av fungerande trådar, med över 85% av nanotrådarna testade med full effekt utan termisk skada. Detta höga utbyte är avgörande för industriell integration av denna nya struktur.