(Phys.org) - En ny teoretisk studie av en doktorand inom University of Waterloo inom nanoteknik föreslår att tillverkare en dag kan göra lasrar och lysdioder av kisel, med potential att avsevärt sänka sitt pris.
Daryoush Shiri säger att tillverkning av lasrar och ljusdioder (LED) av bulkkisel, ett av de rikaste mineralerna på jorden, har varit ett mål för det fotoniska ingenjörssamhället länge. Men medan kostnaden för kisel är låg, den lider av en inneboende elektronisk egenskap som kallas indirekt bandgap som hindrar ljusutsläpp från detta material. Som ett resultat, lasrar tillverkas för närvarande med andra, dyrare material.
"Omfattande numeriska beräkningar som involverade första principen kvantmekaniska och andra studier visade att kisel nanotrådar visar dramatiska förändringar av ljusemissionsegenskaper när vi applicerar mekanisk belastning, sa Shiri.
Hans fynd publicerades nyligen i Vetenskapliga rapporter , en tidskrift för Nature Publishing Group. Shiris forskning visar att genom att sträcka eller komprimera silikon nanotråd, du kan orsaka betydande förändringar i dess ljusutsläppskapacitet. Att leda en elektrisk ström genom enheten i ansträngt tillstånd leder till befolkningsinversion, vilket innebär att elektroner är redo för ljusemission. När stammen har tagits bort, elektronerna släpper ut sin energi som ljuspaket, den centrala principen för lasning. Shiri påpekar att denna mekanism för lasning är unik för nanotrådar av kisel och att den inte kan uppnås i bulkkisel. Färgen på det avgivna ljuset kan kontrolleras både genom töjning och med hjälp av nanotrådar med olika diametrar.
Att samarbeta med ett laboratorium med förmågan att tillverka kisel -nanotrådarna är nästa steg. Shiri skulle vilja se de små whisker-liknande kiselstrukturerna reduceras från de typiska 10 nanometer till tre till fem nanometer. Genom att minska nanotrådens diameter, elektroner har en bättre chans att avge sin energi som ljus. Han förväntar sig att det tar mellan två till fem års experimenterande tills nanotrådar tillverkas till de perfekta skalorna.
Konsumenter ser lasrar i allt från stormarknadens streckkodsläsare, laserskrivare, till CD- eller DVD -spelare. Lysdioder används i bilstrålkastare, lampor, och andra konsumentprodukter.
Shiri samarbetade om sin forskning med sina doktorsavhandlingar, handledare C.R. Selvakumar, en professor i el- och datateknik vid Waterloo; Anant Anantram, en tidigare ingenjörsprofessor vid Waterloo som nu är vid University of Washington-Seattle; och Amit Verma, professor vid Texas A &M University-Kingsville.
