Rojo, verde, y los láseres azules se han vuelto lo suficientemente pequeños y baratos como para convertirse en productos que van desde reproductores de DVD BluRay hasta elegantes bolígrafos, pero cada color está hecho con diferentes materiales semiconductores y mediante elaborados procesos de crecimiento de cristales. Una nueva tecnología de prototipo demuestra que los tres colores provienen de un material. Eso podría abrir la puerta a la fabricación de productos como pantallas digitales de alto rendimiento, que emplean una variedad de colores láser a la vez.

"Hoy, para crear una pantalla láser con colores arbitrarios, de blanco a tonos de rosa o verde azulado, necesitaría que estos tres sistemas de materiales separados se unieran en forma de tres láseres distintos que de ninguna manera la forma o la forma tendrían nada en común, "dijo Arto Nurmikko, profesor de ingeniería en la Universidad de Brown y autor principal de un artículo que describe la innovación en la revista Nanotecnología de la naturaleza . "Ahora ingrese una clase de materiales llamados puntos cuánticos semiconductores".

Los materiales en los prototipos de láseres descritos en el documento son partículas semiconductoras de tamaño nanométrico llamadas puntos cuánticos coloidales o nanocristales con un núcleo interno de aleación de cadmio y selenio y una capa de zinc, cadmio, y una aleación de azufre y un pegamento molecular orgánico patentado. Químicos de QD Vision de Lexington, Masa., sintetizan los nanocristales mediante un proceso de química húmeda que les permite variar con precisión el tamaño de los nanocristales variando el tiempo de producción. El tamaño es todo lo que necesita cambiar para producir diferentes colores de luz láser:los núcleos de 4.2 nanómetros producen luz roja, Los de 3,2 nanómetros emiten luz verde y los de 2,5 nanómetros brillan en azul. Diferentes tamaños producirían otros colores a lo largo del espectro.

El revestimiento y la estructura de nanocristales son avances críticos más allá de los intentos anteriores de fabricar láseres con puntos cuánticos coloidales. dijo el autor principal Cuong Dang, investigador asociado senior y director de laboratorio de nanofotónica en el grupo de Nurmikko en Brown. Debido a su rendimiento mecánico y eléctrico cuántico mejorado, él dijo, las pirámides revestidas requieren 10 veces menos energía pulsada o 1, 000 veces menos potencia para producir luz láser que los intentos anteriores de la tecnología.

Esmalte de uñas cuántico

Cuando los químicos de QDVision elaboran un lote de puntos cuánticos coloidales para especificaciones diseñadas por Brown, Dang y Nurmikko obtienen un frasco de un líquido viscoso que, según Nurmikko, se parece un poco al esmalte de uñas. Para hacer un láser Dang cubre un cuadrado de vidrio, o una variedad de otras formas, con el líquido. Cuando el líquido se evapora, lo que queda en el vidrio son varios sólidos densamente empaquetados, capas muy ordenadas de los nanocristales. Al colocar ese vidrio entre dos espejos especialmente preparados, Dang crea una de las estructuras láser más desafiantes, llamado láser emisor de superficie de cavidad vertical. El equipo dirigido por Brown fue el primero en hacer un VCSEL funcional con puntos cuánticos coloidales.

La aleación de zinc del revestimiento exterior de los nanocristales, cadmio, azufre y ese pegamento molecular es importante porque reduce un requisito de estado electrónico excitado para el láser y protege los nanocristales de un tipo de diafonía que dificulta la producción de luz láser, Dijo Nurmikko. Cada lote de puntos cuánticos coloidales tiene algunos defectuosos, pero normalmente solo unos pocos son suficientes para interferir con la amplificación de la luz.

Frente a un requisito de estado electrónico de alta excitación y diafonía destructiva en una capa densamente empaquetada, los grupos anteriores han necesitado bombear sus puntos con mucha potencia para empujarlos más allá de un umbral más alto para producir amplificación de luz, un elemento central de cualquier láser. Bombeándolos intensamente, sin embargo, da lugar a otro problema:un exceso de estados electrónicos excitados llamados excitones. Cuando hay demasiados de estos excitones entre los puntos cuánticos, la energía que podría estar produciendo luz es más probable que se pierda en forma de calor, principalmente a través de un fenómeno conocido como proceso Auger.

La estructura y el revestimiento exterior de los nanocristales reducen la diafonía destructiva y la energía necesaria para que brillen los puntos cuánticos. Eso reduce la energía requerida para bombear el láser de puntos cuánticos y reduce significativamente la probabilidad de exceder el nivel de excitones en el que el proceso Auger drena la energía. Además, una ventaja de la estructura del nuevo enfoque es que los puntos pueden actuar más rápidamente, soltar luz antes de que el proceso Auger pueda comenzar, incluso en los raros casos en que todavía comienza.

"Hemos logrado demostrar que es posible crear no solo luz, pero luz láser, "Dijo Nurmikko." En principio, ahora tenemos algunos beneficios:usar la misma química para todos los colores, producir láseres de forma muy económica, Hablando relativamente, y la capacidad de aplicarlos a todo tipo de superficies independientemente de su forma. Eso hace posible todo tipo de configuraciones de dispositivos para el futuro ".