Uno de los secretos para hacer que los pequeños dispositivos láser, como los bisturís de cirugía oftálmica, funcionen de manera aún más eficiente, es el uso de pequeñas partículas semiconductoras. llamados puntos cuánticos. En una nueva investigación del Equipo de Nanotecnología del Laboratorio Nacional de Los Alamos, los puntos del tamaño de ~ nanómetros están siendo manipulados, o "dopado, "con electrones adicionales, un tratamiento que acerca los puntos cada vez más a producir la luz láser deseada con menos estimulación y pérdida de energía.

"Cuando adaptamos adecuadamente el perfil de composición dentro de las partículas durante su fabricación, y luego inyectar dos o más electrones en cada punto, se vuelven más capaces de emitir luz láser. En tono rimbombante, requieren una potencia considerablemente menor para iniciar la acción láser, "dijo Victor Klimov, líder del equipo de Nanotecnología.

Para forzar a un material a emitir luz láser, uno tiene que trabajar hacia una "inversión de población, " es decir, hacer que el número de electrones en un estado electrónico de mayor energía supere el número de electrones en un estado de menor energía. Para lograr esta condición normalmente, se aplica un estímulo externo (óptico o eléctrico) de cierta potencia, que debe exceder un valor crítico denominado "umbral de ganancia óptica". En un reciente avance de cambio de paradigma, Los investigadores de Los Alamos demostraron que al agregar electrones adicionales a sus puntos cuánticos especialmente diseñados, pueden reducir este umbral a prácticamente cero.

Un material láser estándar, cuando es estimulado por una bomba, absorbe la luz durante un tiempo antes de que empiece a emitir lase. De camino al láser el material pasa por el estado de "transparencia óptica" cuando la luz no se absorbe ni se amplifica. Al agregar portadores de carga adicional a sus puntos cuánticos, los investigadores de Los Alamos pudieron bloquear la absorción y crear el estado de transparencia sin estimulación externa. Esto implica que incluso un bombeo extremadamente débil puede iniciar una emisión láser.

Otro ingrediente importante de esta investigación es un nuevo tipo de puntos cuánticos con sus interiores diseñados para mantener el estado de acción láser durante mucho más tiempo que las partículas estándar. Normalmente, la presencia de electrones adicionales suprimiría el láser porque la energía del punto cuántico se libera rápidamente no como una corriente de fotones sino como un desperdicio de calor. El nuevo diseño de partículas de Los Alamos elimina estas pérdidas parasitarias, redireccionando la energía de la partícula hacia el canal de emisión. "Estos estudios abren oportunidades interesantes para la realización de nuevos tipos de dispositivos láser de bajo umbral que se pueden fabricar a partir de una solución utilizando una variedad de sustratos y diseños de cavidades ópticas para aplicaciones que van desde fibra óptica y matrices láser a gran escala hasta iluminación láser y laboratorio. -tecnologías de detección de un chip, ", Dijo Klimov.

La investigación se describe en la revista Nanotecnología de la naturaleza esta semana.