Esta micrografía muestra un bosque de nanocables semiconductores III-V en pie, como crecido, sobre un sustrato de silicio. Crédito:WSI / TUM
Estructuras semiconductoras en forma de hilo llamadas nanocables, tan delgados que son efectivamente unidimensionales, muestran potencial como láseres para aplicaciones en informática, comunicaciones, y detección. Los científicos de la Technische Universitaet Muenchen (TUM) han demostrado la acción del láser en nanocables semiconductores que emiten luz en longitudes de onda tecnológicamente útiles y funcionan a temperatura ambiente. Ahora han documentado este avance en la revista. Comunicaciones de la naturaleza y, en Nano letras , han revelado resultados adicionales que muestran un rendimiento óptico y electrónico mejorado.
"Los láseres de nanocables podrían representar el siguiente paso en el desarrollo de más rápido, fuentes de luz más eficientes desde el punto de vista energético, "dice el profesor Jonathan Finley, director del Instituto Walter Schottky de TUM. Las aplicaciones potenciales incluyen interconexiones ópticas en chip o incluso transistores ópticos para acelerar las computadoras, optoelectrónica integrada para comunicaciones de fibra óptica, y matrices de láser con haces orientables. "Pero los nanocables también son un poco especiales, "Finley agrega, "porque son muy sensibles a su entorno, tener una gran relación superficie-volumen, y son lo suficientemente pequeños, por ejemplo, para introducirse en una célula biológica ". Por lo tanto, los láseres de nanocables también podrían resultar útiles en la detección ambiental y biológica.
Estos láseres de nanocables experimentales emiten luz en el infrarrojo cercano, acercándose al "punto óptimo" para las comunicaciones de fibra óptica. Se pueden cultivar directamente sobre silicio, presentando oportunidades para la fotónica y optoelectrónica integradas. Y operan a temperatura ambiente, un requisito previo para las aplicaciones del mundo real.
Diseñado en el laboratorio, con miras a la industria
Los investigadores de TUM han demostrado que los nanocables semiconductores como el que se muestra aquí pueden actuar como láseres, generando pulsos de luz coherentes, y como guías de ondas, similar a las fibras ópticas. Debido a que estos láseres de nanocables emiten luz en longitudes de onda tecnológicamente útiles, se puede cultivar en sustratos de silicio, y operar a temperatura ambiente, tienen potencial para aplicaciones en informática, comunicaciones, y sintiendo. Crédito:WSI / TUM
Diminutos como son, mil veces más delgados que un cabello humano, los láseres de nanocables demostrados en TUM tienen una sección transversal compleja "núcleo-capa" con un perfil de diferentes materiales semiconductores adaptados virtualmente átomo por átomo.
La estructura de núcleo-capa a medida de los nanocables les permite actuar como láseres, generando pulsos de luz coherentes, y como guías de ondas, similar a las fibras ópticas. Como los láseres de comunicación convencionales, Estos nanocables están hechos de los llamados semiconductores III-V, materiales con la "banda prohibida" adecuada para emitir luz en el infrarrojo cercano. Una ventaja única, Finley explica, es que la geometría de nanocables es "más indulgente que los cristales o las películas a granel, permitiéndote combinar materiales que normalmente no puedes combinar ". Debido a que los nanocables surgen de una base de solo decenas a cientos de nanómetros de diámetro, se pueden cultivar directamente en chips de silicio de una manera que alivia las restricciones debidas al desajuste de la red cristalina, produciendo así material de alta calidad con el potencial de alto rendimiento.
Pon estas características juntas, y es posible imaginar un camino desde la investigación aplicada a una variedad de aplicaciones futuras. Sigue habiendo una serie de desafíos importantes, sin embargo. Por ejemplo, La emisión de láser de los nanocables TUM fue estimulada por la luz, al igual que los láseres de nanocables reportados casi simultáneamente por un equipo de la Universidad Nacional de Australia, aunque es probable que las aplicaciones prácticas requieran dispositivos inyectados eléctricamente.
Láseres de nanocables:una frontera tecnológica con perspectivas brillantes
Los resultados recién publicados se deben en gran parte a un equipo de científicos que están comenzando sus carreras, bajo la dirección del Dr. Gregor Koblmueller y otros investigadores senior, en la frontera de un nuevo campo. Candidatos de doctorado, incluido Benedikt Mayer, Daniel Rudolph, Stefanie Morkötter y Julian Treu combinaron sus esfuerzos, trabajando juntos en diseño fotónico, crecimiento material, y caracterización mediante microscopía electrónica con resolución atómica.
La investigación en curso está dirigida a comprender mejor los fenómenos físicos que operan en dichos dispositivos, así como a crear láseres de nanocables inyectados eléctricamente. optimizar su rendimiento, e integrándolos con plataformas para fotónica de silicio.
"En la actualidad, muy pocos laboratorios en el mundo tienen la capacidad de cultivar materiales y dispositivos de nanocables con la precisión requerida, "dice el coautor, el profesor Gerhard Abstreiter, fundador del Instituto Walter Schottky y director del Instituto TUM de Estudios Avanzados. "Y todavía, " el explica, "Nuestros procesos y diseños son compatibles con los métodos de producción industrial para la informática y las comunicaciones. La experiencia demuestra que el experimento héroe de hoy puede convertirse en la tecnología comercial del mañana, ya menudo lo hace ".
