För första gången, forskare har byggt en nanolaser som endast använder ett enda molekylskikt, placeras på en tunn kiselstråle, som fungerar vid rumstemperatur. Den nya enheten, utvecklat av ett team av forskare från Arizona State University och Tsinghua University, Peking, Kina, kan eventuellt användas för att skicka information mellan olika punkter på ett enda datorchip. Lasrarna kan också vara användbara för andra avkänningstillämpningar i en kompakt, integrerat format.

"Detta är den första demonstrationen av rumstemperaturdrift av en nanolaser gjord av ettskiktsmaterial, "sa Cun-Zheng Ning, en professor i elektroteknik i ASU som ledde forskargruppen. Detaljer om den nya lasern publiceras i juli onlineutgåvan av Naturnanoteknik .

Förutom Ning, nyckelförfattare till artikeln, "Rumstemperatur Kontinuerlig våglasning från monoskikt Molybden Ditelluride Integrerad med en kisel-nanobeamhålighet, "inkluderar Yongzhuo Li, Jianxing Zhang, Dandan Huang från Tsinghua University.

Ning säger att det avgörande för den nya utvecklingen är användning av material som kan läggas ner i enstaka lager och effektivt förstärka ljus (laserverkan). Enskikts nanolasers har utvecklats tidigare, men de måste alla kylas till låga temperaturer med hjälp av en kryogen som flytande kväve eller flytande helium. Att kunna arbeta vid rumstemperatur (~ 77 F) öppnar många möjligheter för användning av dessa nya lasrar, "Sa Ning.

Det gemensamma ASU-Tsinghua-forskargruppen använde ett monoskikt av molybden ditellurid integrerat med en kisel-nanobeamhålighet för sin enhet. Genom att kombinera molybden ditellurid med kisel, som är berggrunden i halvledartillverkning och ett av de bästa vågledarmaterialen, forskarna kunde uppnå laserverkan utan kylning, Sa Ning.

En laser behöver två viktiga delar - ett förstärkningsmedium som producerar och förstärker fotoner, och en hålighet som begränsar eller fångar fotoner. Även om sådana materialval är enkla för stora lasrar, de blir svårare i nanometerskalor för nanolasers. Nanolasers är mindre än 100:e av människohårets tjocklek och förväntas spela viktiga roller i framtida datorchips och en mängd olika ljusdetekterings- och avkänningsanordningar.

Valet av tvådimensionella material och kiselvågledaren gjorde det möjligt för forskarna att uppnå rumstemperaturdrift. Excitoner i molybden -tellurid avger i en våglängd som är transparent för kisel, möjliggör kisel som vågledare eller hålrumsmaterial. Exakt tillverkning av nanobeamhålan med en rad hål etsade och integrationen av tvådimensionella monoskiktsmaterial var också nyckeln till projektet. Excitoner i sådana enskiktsmaterial är 100 gånger starkare än de i konventionella halvledare, möjliggör effektiv ljusutsläpp vid rumstemperatur.

Eftersom kisel redan används inom elektronik, särskilt i datorchips, dess användning i denna applikation är betydande i framtida applikationer.

"En laserteknik som också kan tillverkas på Silicon har varit en dröm för forskare i decennier, "sa Ning." Denna teknik kommer så småningom att tillåta människor att lägga både elektronik och fotonik på samma kiselplattform, mycket förenklad tillverkning. "

Kisel avger inte ljus effektivt och måste därför kombineras med andra ljusemitterande material. För närvarande, andra halvledare används, såsom Indiumfosfid eller Indium Garlium Arsenid som är hundratals gånger tjockare, att binda med kisel för sådana applikationer.

De nya enskiktsmaterialen i kombination med kisel eliminerar utmaningar som möts när de kombineras med tjockare, olika material. Och, eftersom detta icke-kiselmaterial bara är ett enda lager tjockt, det är flexibelt och mindre sannolikt att det spricker under stress, enligt Ning.

Ser fram emot, teamet arbetar med att driva sin laser med elektrisk spänning för att göra systemet mer kompakt och lätt att använda, särskilt för dess avsedda användning på datorchips.