Halfgeleider nanodraadlasers zijn een cruciaal onderdeel voor on-chip geïntegreerde opto-elektronica. Echter, silicium-geïntegreerd, kamertemperatuur, continu werkende en elektrisch gepompte nanodraadlasers zijn nog niet aangetoond. In dit werk, een methode om laagdrempelige quasi-vier-niveau lasering te bereiken met behulp van indirecte-naar-directe bandverstrooiing wordt getoond. Dit wordt mogelijk gemaakt door het gebruik van een hoge Q-holte, en - met behulp van een tijdgebonden interferometrietechniek - wordt de reflectiviteit van het eindfacet voor het eerst direct gemeten.

In het afgelopen decennium is het idee van fotonisch computergebruik - waarbij elektronen worden vervangen door licht in micro-elektronische circuits - is naar voren gekomen als een toekomstige technologie. Dit belooft lage kosten, ultrasnelle en mogelijk quantum-enhanced computing, met specifieke toepassingen in high-efficiency machine learning en neuromorphic computing. Terwijl de computerelementen en detectoren zijn ontwikkeld, de behoefte aan nanoschaal, hoge dichtheid en gemakkelijk te integreren lichtbronnen blijft onvervuld. Halfgeleider nanodraden worden gezien als een potentiële kandidaat, vanwege hun kleine formaat (in de orde van de golflengte van licht), de mogelijkheid voor directe groei naar industriestandaard silicium, en hun gebruik van gevestigde materialen. Echter, daten, van dergelijke nanodraadlasers op silicium is niet aangetoond dat ze continu bij kamertemperatuur werken.

In een nieuw artikel gepubliceerd in Lichtwetenschap en toepassingen , wetenschappers van het Photon Science Institute in Manchester, UK demonstreren met collega's van University College London en de University of Warwick een nieuwe route naar het bereiken van laagdrempelige silicium-integreerbare nanodraadlasers. Gebaseerd op nieuwe direct-indirecte heterostructuren van halfgeleiders, mogelijk gemaakt door het nanodraadplatform, ze demonstreren multi-nanoseconden laseren bij kamertemperatuur. Een belangrijk ontwerpelement is de behoefte aan hoogreflecterende nanodraaduiteinden; dit is doorgaans een uitdagende eis, aangezien gemeenschappelijke groeimethoden geen eenvoudige optimalisatie voor hoogwaardige eindfacetten mogelijk maken. Echter, in dit onderzoek, door gebruik te maken van een nieuwe tijdgestuurde interferometer tonen de onderzoekers aan dat de reflectiviteit meer dan 70% kan zijn - ongeveer het dubbele van wat verwacht wordt voor een conventionele laser met een plat uiteinde vanwege de opsluiting van licht.

Samen, de nieuwe materiaalstructuur en hoogwaardige holte dragen bij aan een lage laserdrempel - een maat voor het vermogen dat nodig is om lasering in de nanodraden te activeren - van slechts 6uJ/cm ² , ordes van grootte lager dan eerder werd aangetoond. Deze nieuwe aanpak zorgt niet alleen voor hoogwaardige nanolasers, maar de MBE-groei zorgt voor een hoog rendement aan functionerende draden, met meer dan 85% van de geteste nanodraden die op vol vermogen werken zonder thermische schade. Deze hoge opbrengst is van cruciaal belang voor de industriële integratie van deze nieuwe structuur.