Imagine crear un material para la autopista de la información digital que permita un carril rápido de luz láser que deslice los datos más allá de los chips de silicio tradicionales.

Un equipo multiinstitucional de investigadores, dirigido por el profesor de ingeniería de la Universidad de Arkansas Shui-Qing "Fisher" Yu y un fabricante líder de equipos semiconductores de Arkansas, han realizado mejoras significativas en un nuevo tipo de láser, un dispositivo semiconductor que se inyecta con luz, similar a una inyección de corriente eléctrica. Este láser "bombeado ópticamente", que está hecho de germanio estaño cultivado sobre sustratos de silicio, podría conducir a una velocidad de microprocesamiento más rápida a un costo mucho menor.

Los nuevos hallazgos, reportado en Fotónica ACS , una revista de la American Chemical Society, demostró que la versión más reciente de este tipo de láser es capaz de cubrir un rango de longitud de onda más amplio, de 2 a 3 micrómetros, mientras se usa un umbral de láser más bajo y una temperatura de funcionamiento más alta:180 Kelvin, o menos 135 Farenheit, lo que significa menos consumo de energía.

La aleación de germanio estaño es un material semiconductor prometedor que se puede integrar fácilmente en circuitos electrónicos. como los que se encuentran en los chips y sensores de las computadoras. El material podría conducir al desarrollo de bajo costo, ligero, Componentes electrónicos compactos y de bajo consumo de energía que utilizan la luz para la transmisión y detección de información.

El germanio estaño aprovecha la eficiente emisión de luz, una característica que el silicio, el semiconductor estándar para chips de computadora, no puedo hacer. En años recientes, científicos e ingenieros de materiales, incluyendo a Yu y varios de sus colegas en este proyecto, se han centrado en el cultivo de germanio estaño en sustratos de silicio para construir un "superchip" optoelectrónica que pueda transmitir datos mucho más rápido que los chips actuales. En 2016, Yu y sus colegas informaron de la fabricación de su primera generación, láser de bombeo óptico.

Los investigadores primero lograron una temperatura de operaciones láser de hasta 110 Kelvin. La temperatura más reciente alcanzada por su láser es de 180 Kelvin, o menos 135 grados Farenheit, el más alto registrado hasta el momento para un láser de germanio estaño.

Un rango de longitud de onda más amplio significa potencialmente más capacidad para transmitir datos, Yu dijo. Un umbral de láser más bajo y una temperatura de funcionamiento más alta facilitan un menor consumo de energía, lo que mantiene bajos los costos y ayuda con la simplicidad del diseño. Yu dijo que estas mejoras indican que el dispositivo está más cerca de la aplicación práctica.

Yu atribuyó el rendimiento superior del láser a enfoques únicos de crecimiento epitaxial que los investigadores desarrollaron basándose en métodos recientemente descubiertos para hacer crecer el material. La epitaxia es el proceso de depositar capas, o obleas, de materiales semiconductores sobre un sustrato cristalino.

"Los resultados informados en este trabajo muestran un gran avance hacia las fuentes láser para fotónica integrada, "Dijo Yu.