Científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur) ha desarrollado una forma de hacer que los puntos cuánticos coloidales produzcan luz láser con la ayuda de un campo eléctrico.

Los puntos cuánticos coloidales (CQD) son nanopartículas semiconductoras que pueden generar colores de luz vívidos y saturados de manera eficiente, que se utilizan para hacer pantallas de visualización de muchos dispositivos electrónicos.

Aunque los CQD deberían ser prometedores como materiales láser, todavía no son prácticos porque necesitan ser alimentados por otra fuente de energía luminosa, un método conocido como bombeo óptico. Sin embargo, esto los vuelve demasiado voluminosos para su uso en electrónica de semiconductores.

En los últimos años, Los investigadores han probado varios enfoques para facilitar el uso de CQD en láseres, incluidos los métodos electroquímicos o el dopaje químico. Estos enfoques requieren el uso de solventes químicos agresivos o ambientes libres de oxígeno en su producción, y así se han limitado a experimentos a escala de laboratorio.

En un artículo publicado en Avances de la ciencia , El profesor asistente de NTU Steve Cuong Dang junto con Ph.D. estudiante Yu Junhong han demostrado cómo un campo eléctrico puede ayudar a los CQD a emitir luz láser mientras usan solo una fracción de la energía que tradicionalmente se requiere para impulsar un láser.

En sus experimentos, los científicos de NTU incrustaron CQD entre dos electrodos, que proporciona un campo eléctrico para controlar y cambiar las propiedades dentro de los CQD. Al manipular estas propiedades, los científicos redujeron el umbral de energía necesario para el láser en alrededor de un 10 por ciento, acercando la perspectiva de los láseres CQD a la realidad.

Esta reducción del umbral es la primera vez que los investigadores lo reducen utilizando un campo eléctrico, en lugar de métodos electroquímicos difíciles de emplear.

Poder construir a bajo costo, Los láseres de pequeño tamaño que son "impulsados ​​eléctricamente" en una amplia gama de colores es el santo grial para muchos investigadores ópticos y optoelectrónicos. Los láseres son la tecnología principal para diversas industrias, incluidas las médicas, seguridad y electrónica de consumo, y son esenciales para el desarrollo de televisores láser.

"Nuestro exitoso experimento nos acerca un paso más hacia el desarrollo de láseres a todo color de un solo material que se pueden bombear eléctricamente. Ese logro eventualmente haría posible colocar láseres en sistemas integrados de chips utilizados en electrónica de consumo e Internet de las cosas (IOT). "dijo el profesor asistente Dang, de la Escuela de Ingeniería Eléctrica y Electrónica (EEE).

Beneficios de los puntos cuánticos coloidales

Los puntos cuánticos coloidales se producen fácil y económicamente en síntesis químicas simples en fase líquida, y sus propiedades ópticas y electrónicas se pueden alterar y controlar variando el tamaño de las partículas.

Los nanomateriales coloidales son atractivos para los fabricantes de láser debido a su bajo costo, color de emisión sintonizable y alta eficiencia de emisión. Sin embargo, conseguir que se apliquen lase actualmente requiere rapidez, Bombeo óptico intenso y coherente, mientras que el bombeo eléctrico es lento, débil e incoherente.

Junto con sus colaboradores Prof Hilmi Volkan Demir y Assoc Wang Hong de EEE, y el profesor Sum Tze Chien de la Facultad de Ciencias Físicas y Matemáticas, El profesor asistente Dang demostró que la aplicación de un campo eléctrico reduce el umbral láser de los CQD, y podría conducir a láseres CQD viables bombeados eléctricamente.

El profesor Demir dijo:"El próximo gran desafío en la investigación láser es desarrollar láseres a nanoescala e integrarlos en dispositivos fotónicos en chip y sensores ultrasensibles. Esto traería impactos significativos a la sociedad moderna, especialmente en el procesamiento de datos e información, que está impulsando la cuarta revolución industrial. Lograrlo sería un gran avance dentro de la transformación de la Industria 4.0 de Singapur ".

El equipo ahora está buscando investigar más para hacer pequeños láseres CQD en un chip y trabajar con socios de la industria que deseen desarrollar la tecnología en dispositivos de prueba de concepto con aplicaciones prácticas.

Este proyecto interdisciplinario fue financiado por el Ministerio de Educación, Fundación Nacional de Investigación de Singapur (NRF) y Agencia para la Ciencia, Tecnología e Investigación (A * STAR), y Ph.D. involucrado. el estudiante Yu Junhong y el Dr. Sushant Shendre, un investigador en NTU's LUMINOUS! Centro de excelencia para iluminación y pantallas de semiconductores.

Documento titulado "Controlar eléctricamente la emisión espontánea amplificada en puntos cuánticos coloidales, " publicado en Avances de la ciencia , El 25 de octubre de 2019.