Los Alamos-wetenschappers hebben zorgvuldig ontworpen colloïdale kwantumstippen opgenomen in een nieuw type lichtgevende diodes (LED's) met een geïntegreerde optische resonator, waardoor ze als lasers kunnen functioneren. deze roman, apparaten met twee functies maken de weg vrij naar veelzijdige, productievriendelijke laserdiodes. De technologie kan potentieel een revolutie teweegbrengen in tal van gebieden, van fotonica en opto-elektronica tot chemische detectie en medische diagnostiek.

"Deze laatste doorbraak, samen met andere recente vorderingen in de kwantumdotchemie en apparaattechnologie die we hebben bereikt, suggereren dat laserdiodes die zijn samengesteld uit een oplossing binnenkort werkelijkheid kunnen worden, " zei Victor Klimov, hoofd van de quantum dot-groep in het Los Alamos National Laboratory. "Quantum dot displays en televisies zijn al beschikbaar als commerciële producten. De colloïdale quantum dot lasers lijken de volgende in de rij te zijn."

Colloïdale kwantumpuntlasers kunnen worden vervaardigd met goedkopere, eenvoudigere methoden dan moderne halfgeleiderlaserdiodes die geavanceerde, op vacuüm gebaseerd, laag-voor-laag depositie technieken. Oplossingsverwerkbare lasers kunnen worden geproduceerd in minder uitdagende laboratorium- en fabrieksomstandigheden, en zou kunnen leiden tot apparaten die een aantal opkomende gebieden ten goede zouden komen, waaronder geïntegreerde fotonische circuits, optische schakelingen, lab-on-a-chip-platforms, en draagbare apparaten.

De afgelopen twee decennia heeft het Los Alamos quantum dot-team heeft gewerkt aan fundamentele en toegepaste aspecten van laserapparaten op basis van halfgeleider nanokristallen die zijn bereid via colloïdale chemie. Deze deeltjes, ook bekend als colloïdale kwantumstippen, kunnen eenvoudig worden verwerkt vanuit hun oorspronkelijke oplossingsomgeving om verschillende optische, elektronisch, en opto-elektronische apparaten. Verder, ze kunnen 'op maat' worden gemaakt voor lasertoepassingen om kleuren te produceren die niet toegankelijk zijn met bestaande halfgeleiderlaserdiodes.

In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Natuurcommunicatie , de Los Alamos-onderzoekers hebben met succes verschillende uitdagingen opgelost op het pad naar commercieel levensvatbare colloïdale kwantumdot-technologie. In het bijzonder demonstreerden ze een operationele LED, die ook fungeerde als een optisch gepompte, laagdrempelige laser. Om dit gedrag te bereiken, ze hebben een optische resonator rechtstreeks in de LED-architectuur ingebouwd zonder de ladingsdragerstromen naar de kwantumdot-emitterende laag te belemmeren. Verder, door de structuur van hun meerlagige apparaat zorgvuldig te ontwerpen, ze konden een goede opsluiting van het uitgestraalde licht bereiken in het ultradunne kwantumpuntmedium in de orde van 50 nanometer breed. Dit is de sleutel tot het verkrijgen van het lasereffect en, tegelijkertijd, waardoor een efficiënte excitatie van de kwantumstippen door de elektrische stroom mogelijk is. Het laatste ingrediënt van deze succesvolle demonstratie was uniek, zelfgemaakte kwantumdots geperfectioneerd voor lasertoepassingen volgens recepten ontwikkeld door het Los Alamos-team gedurende de jaren van onderzoek naar de chemie en fysica van deze nanostructuren.

momenteel, de Los Alamos-wetenschappers pakken de resterende uitdaging aan, wat de stroomdichtheid verhoogt tot niveaus die voldoende zijn voor het verkrijgen van zogenaamde 'populatie-inversie' - het regime wanneer het actieve kwantum-dot-medium verandert in een lichtversterker.