Stel je voor dat je een materiaal maakt voor de digitale informatiesnelweg die een snelle baan van laserlicht mogelijk maakt die gegevens langs de traditionele siliciumchips ritselt.

Een multi-institutioneel team van onderzoekers, onder leiding van professor Shui-Qing "Fisher" Yu van de Universiteit van Arkansas en een toonaangevende fabrikant van halfgeleiderapparatuur in Arkansas, hebben aanzienlijke verbeteringen aangebracht aan een nieuw soort laser, een halfgeleidend apparaat dat wordt geïnjecteerd met licht, vergelijkbaar met een injectie van elektrische stroom. Deze "optisch gepompte" laser, dat is gemaakt van germaniumtin dat is gegroeid op siliciumsubstraten, zou kunnen leiden tot een hogere microverwerkingssnelheid tegen veel lagere kosten.

De nieuwe bevindingen, gemeld in ACS Fotonica , een tijdschrift van de American Chemical Society, aangetoond dat de meest recente versie van dit type laser een breder golflengtebereik kan bestrijken, van 2 tot 3 micrometer, bij gebruik van een lagere laserdrempel en een hogere bedrijfstemperatuur - 180 Kelvin, of min 135 Farenheit – wat minder stroomverbruik betekent.

Het legeringsgermaniumtin is een veelbelovend halfgeleidend materiaal dat gemakkelijk in elektronische schakelingen kan worden geïntegreerd, zoals die in computerchips en sensoren. Het materiaal kan leiden tot de ontwikkeling van goedkope, lichtgewicht, compacte en energiezuinige elektronische componenten die licht gebruiken voor informatieoverdracht en -detectie.

Germaniumtin maakt gebruik van efficiënte lichtuitstraling, een eigenschap die silicium, de standaard halfgeleider voor computerchips, kan ik niet doen. In recente jaren, materiaalwetenschappers en ingenieurs, waaronder Yu en een aantal van zijn collega's aan dit project, hebben zich gericht op het kweken van germaniumtin op siliciumsubstraten om een ​​opto-elektronica "superchip" te bouwen die gegevens veel sneller kan verzenden dan huidige chips. in 2016, Yu en zijn collega's rapporteerden de fabricage van hun eerste generatie, optisch gepompte laser.

De onderzoekers bereikten eerst een laserbewerkingstemperatuur tot 110 Kelvin. De meest recente temperatuur bereikt door hun laser is 180 Kelvin, of min 135 graden Fahrenheit, de hoogste gerapporteerde voor een germaniumtinlaser tot nu toe.

Een breder golflengtebereik betekent mogelijk meer capaciteit om gegevens te verzenden, zei Yu. Een lagere laserdrempel en een hogere bedrijfstemperatuur zorgen voor een lager stroomverbruik, wat de kosten laag houdt en helpt bij het ontwerp eenvoud. Yu zei dat deze verbeteringen aangeven dat het apparaat dichter bij praktische toepassing staat.

Yu schreef de superieure laserprestaties toe aan unieke epitaxiale groeibenaderingen die de onderzoekers ontwikkelden op basis van nieuw ontdekte methoden om het materiaal te laten groeien. Epitaxie is het proces van het afzetten van lagen, of wafels, van halfgeleidende materialen op een kristallijn substraat.

"De resultaten die in dit werk worden gerapporteerd, tonen een grote vooruitgang in de richting van laserbronnen voor geïntegreerde fotonica, ' zei Yu.