Por primera vez, Los investigadores han construido un nanoláser que utiliza solo una capa molecular, colocado sobre una delgada viga de silicio, que opera a temperatura ambiente. El nuevo dispositivo, desarrollado por un equipo de investigadores de la Universidad Estatal de Arizona y la Universidad de Tsinghua, Beijing, Porcelana, potencialmente podría usarse para enviar información entre diferentes puntos en un solo chip de computadora. Los láseres también pueden ser útiles para otras aplicaciones de detección en un compacto, formato integrado.

"Esta es la primera demostración del funcionamiento a temperatura ambiente de un nanoláser fabricado con un material de una sola capa, "dijo Cun-Zheng Ning, un profesor de ingeniería eléctrica de ASU que dirigió el equipo de investigación. Los detalles del nuevo láser se publican en la edición en línea de julio de Nanotecnología de la naturaleza .

Además de Ning, autores clave del artículo, "Lasing de onda continua a temperatura ambiente de monocapa de ditelururo de molibdeno integrado con una cavidad de nanoharas de silicio, "incluyen a Yongzhuo Li, Jianxing Zhang, Dandan Huang de la Universidad de Tsinghua.

Ning dijo que es fundamental para el nuevo desarrollo el uso de materiales que se pueden colocar en capas individuales y amplificar la luz de manera eficiente (acción láser). Los nanoláseres de una sola capa se han desarrollado antes, pero todos debían enfriarse a bajas temperaturas utilizando un criógeno como nitrógeno líquido o helio líquido. Poder operar a temperatura ambiente (~ 77 F) abre muchas posibilidades de uso de estos nuevos láseres, "Dijo Ning.

El equipo de investigación conjunto ASU-Tsinghua utilizó una monocapa de ditelurida de molibdeno integrada con una cavidad de nanohaz de silicio para su dispositivo. Combinando ditelurida de molibdeno con silicio, que es la base de la fabricación de semiconductores y uno de los mejores materiales de guía de ondas, los investigadores pudieron lograr una acción láser sin enfriamiento, Ning dijo.

Un láser necesita dos piezas clave:un medio de ganancia que produce y amplifica fotones, y una cavidad que confina o atrapa fotones. Si bien estas elecciones de materiales son fáciles para láseres grandes, se vuelven más difíciles a escalas nanométricas para los nanoláseres. Los nanoláseres son más pequeños que la centésima parte del grosor del cabello humano y se espera que desempeñen un papel importante en los chips de computadora del futuro y en una variedad de dispositivos de detección y detección de luz.

La elección de materiales bidimensionales y la guía de ondas de silicio permitió a los investigadores lograr un funcionamiento a temperatura ambiente. Los excitones en el telururo de molibdeno se emiten en una longitud de onda que es transparente al silicio, haciendo posible el silicio como guía de ondas o material de cavidad. La fabricación precisa de la cavidad del nanohaz con una serie de orificios grabados y la integración de materiales monocapa bidimensionales también fue clave para el proyecto. Los excitones en estos materiales monocapa son 100 veces más fuertes que los de los semiconductores convencionales. permitiendo una emisión de luz eficiente a temperatura ambiente.

Debido a que el silicio ya se usa en electrónica, especialmente en chips de computadora, su uso en esta aplicación es significativo en aplicaciones futuras.

"Una tecnología láser que también se puede fabricar en silicio ha sido un sueño para los investigadores durante décadas, ", dijo Ning." Esta tecnología eventualmente permitirá a las personas poner tanto la electrónica como la fotónica en la misma plataforma de silicio, simplificando enormemente la fabricación ".

El silicio no emite luz de manera eficiente y, por lo tanto, debe combinarse con otros materiales emisores de luz. En la actualidad, se utilizan otros semiconductores, como el fosfuro de indio o el arseniuro de indio y ajo, que son cientos de veces más gruesos, para unir con silicio para tales aplicaciones.

Los nuevos materiales monocapa combinados con silicio eliminan los desafíos encontrados cuando se combinan con más gruesos, materiales diferentes. Y, Debido a que este material sin silicona tiene solo una capa de espesor, es flexible y menos propenso a agrietarse bajo estrés, según Ning.

Viendo hacia adelante, el equipo está trabajando para alimentar su láser con voltaje eléctrico para hacer que el sistema sea más compacto y fácil de usar, especialmente para su uso previsto en chips de computadora.