En un desarrollo revolucionario, Los científicos de Los Alamos han demostrado que pueden amplificar la luz con éxito utilizando películas excitadas eléctricamente de los nanocristales semiconductores sintetizados químicamente conocidos como puntos cuánticos. Las películas de puntos cuánticos están integradas en dispositivos muy similares a los ahora omnipresentes diodos emisores de luz (LED), pero, en este caso diseñado para sostener las altas densidades de corriente necesarias para lograr el régimen de ganancia óptica. Uno ve diodos láser todos los días en punteros láser, lectores de códigos de barras y similares, y un elemento clave de tales dispositivos es un medio de ganancia óptica, que en lugar de absorber la luz incidente, lo amplifica.

"La ganancia óptica con puntos quanum excitados eléctricamente es ahora una realidad, "dijo Victor Klimov, jefe del equipo de puntos cuánticos en Los Alamos. "Hemos estado trabajando para desarrollar nuevos medios láser, utilizando puntos cuánticos sintetizados químicamente, aunque se había creído ampliamente que el láser de puntos cuánticos con estimulación eléctrica es simplemente imposible, ", dijo." Al usar nuestros puntos especialmente diseñados, podemos evitar las pérdidas de energía creadas por la recombinación Auger ".

Nuevos láseres, hecho de manera más eficiente

Estos resultados demuestran la viabilidad de una nueva generación de sistemas altamente flexibles, Láseres bombeados eléctricamente procesables a partir de soluciones que pueden complementar o incluso eventualmente desplazar diodos láser existentes fabricados utilizando técnicas epitaxiales basadas en vacío más complejas y costosas. Estos posibles dispositivos pueden habilitar una variedad de aplicaciones, desde módulos láser RGB para pantallas y proyectores, a micro-láseres de longitud de onda múltiple para diagnósticos biológicos y químicos.

Puntos de diseñador sin pérdida de calor

En el nuevo informe publicado hoy en Materiales de la naturaleza , el equipo de Los Álamos demuestra que utilizando sus puntos cuánticos de "diseñador", pueden lograr la amplificación de la luz en un sólido de nanocristales con bombeo eléctrico de corriente continua. La propiedad clave de los nuevos puntos cuánticos, subrayando el éxito del estudio realizado, es un interior de partículas cuidadosamente diseñado en el que la composición del material varía continuamente a lo largo de una dirección radial. Este enfoque elimina pasos bruscos en la composición atómica que normalmente desencadenarían la recombinación Auger. Como resultado, los puntos cuánticos diseñados cuentan con una supresión casi completa de la pérdida de calor del efecto Auger, y esto permite redirigir la energía liberada por la corriente eléctrica hacia el canal de emisión de luz en lugar de desperdiciar calor.

El equipo de nanotecnología de Los Alamos descubrió originalmente el efecto láser en nanocristales semiconductores en 2000. En estos experimentos de prueba de principio, reportado en la revista Ciencias , los puntos cuánticos se estimularon con pulsos de láser muy cortos (femtosegundos) utilizados para superar la caída de la ganancia óptica causada por el proceso Auger. La vida útil corta de la ganancia óptica crea un problema especialmente grave en el caso del bombeo eléctrico, que es un proceso inherentemente lento, ya que los electrones y los huecos se inyectan uno por uno en el punto cuántico.

Mantenerse enfocado

Otro elemento importante de este trabajo es una arquitectura de dispositivo especial de "enfoque de corriente" que permite las altas densidades de corriente necesarias para lograr la ganancia óptica. El método utilizado por los investigadores de Los Alamos fue reducir uno de los electrodos de inyección de carga, limitando el tamaño del área conductora de corriente a menos de 100 micrones. Usando esta estrategia, fueron capaces de producir una concentración de corriente suficiente para alcanzar el régimen de amplificación de la luz sin dañar los puntos ni las capas de inyección.