En av hemligheterna för att få små laserapparater, såsom ögonbottenoperationer i hårbotten, fungerar ännu mer effektivt är användningen av små halvledarpartiklar, kallas kvantprickar. I ny forskning vid Los Alamos National Laboratory's Nanotech Team, ~ nanometerstora prickar håller på att läka, eller "dopad, "med ytterligare elektroner, en behandling som knuffar prickarna allt närmare att producera det önskade laserljuset med mindre stimulans och energiförlust.

"När vi skräddarsyr kompositionsprofilen i partiklarna korrekt under deras tillverkning, och injicera sedan två eller flera elektroner i varje prick, de blir mer kapabla att avge laserljus. Viktigt, de kräver betydligt mindre ström för att initiera lasningen, "sa Victor Klimov, ledare för Nanotech -teamet.

För att tvinga ett material att avge laserljus måste man arbeta mot en "befolkningsinversion, " det är, vilket gör att antalet elektroner i ett elektroniskt tillstånd med högre energi överstiger antalet som är i ett lägre energiläge. För att uppnå detta tillstånd normalt, man applicerar en extern stimulans (optisk eller elektrisk) av en viss effekt, som bör överskrida ett kritiskt värde som kallas "optisk förstärkningströskel". I ett nyligen paradigmförändrande framsteg, Los Alamos -forskare visade att genom att lägga till extra elektroner i sina specialdesignade kvantpunkter, de kan minska denna tröskel till praktiskt taget noll.

Ett vanligt lasermaterial, när den stimuleras av en pump, absorberar ljus en tid innan det börjar tappa. På väg till lasning, materialet övergår genom tillståndet "optisk transparens" när ljus varken absorberas eller förstärks. Genom att lägga till extra laddningsbärare till sina kvantpunkter, Los Alamos -forskarna kunde blockera absorption och skapa ett tillstånd av transparens utan yttre stimulans. Detta innebär att även extremt svag pumpning nu kan initiera laserutsläpp.

En annan viktig ingrediens i denna forskning är en ny typ av kvantprickar med sina inre utformade för att bibehålla det lasande aktiva tillståndet mycket längre än standardpartiklar gör. I vanliga fall, närvaron av extra elektroner skulle undertrycka lasning eftersom kvantpunktenergi snabbt frigörs inte som en fotonström utan slösande värme. Den nya Los Alamos -partikeldesignen eliminerar dessa parasitiska förluster, omdirigerar partikelns energi till utsläppskanalen. "Dessa studier öppnar spännande möjligheter för att förverkliga nya typer av lasertrösklar med låg tröskel som kan tillverkas från lösningar med hjälp av en mängd olika substrat och optiska hålighetskonstruktioner för applikationer som sträcker sig från fiberoptik och storskaliga lasarrayer till laserbelysning och lab-on -a-chip avkänningsteknik, Sa Klimov.

Forskningen beskrivs i tidskriften Naturnanoteknik Denna vecka.