(Phys.org) -- Een recente theoretische studie door een promovendus van de Universiteit van Waterloo in nanotechnologie suggereert dat fabrikanten op een dag lasers en LED's van silicium kunnen maken, met het potentieel om hun prijs aanzienlijk te verlagen.

Daryoush Shiri zegt dat het maken van lasers en light emitting diodes (LED) uit bulk silicium, een van de meest voorkomende mineralen op aarde, is al lang een doel van de fotonische technische gemeenschap. Maar hoewel de kosten van silicium laag zijn, het lijdt aan een inherente elektronische eigenschap genaamd indirecte bandgap die de lichtemissie van dit materiaal belemmert. Als resultaat, lasers worden momenteel vervaardigd met behulp van andere, duurdere materialen.

"Uitgebreide numerieke berekeningen waarbij het eerste principe van kwantummechanische en andere studies betrokken waren, hebben aangetoond dat silicium nanodraden dramatische veranderingen in lichtemissie-eigenschappen laten zien wanneer we mechanische spanning toepassen, ' zei Shiri.

Zijn bevindingen zijn onlangs gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , een tijdschrift van de Nature Publishing Group. Shiri's onderzoek toont aan dat door het uitrekken of comprimeren van silicium nanodraad, u kunt een aanzienlijke verandering in de lichtemissiecapaciteiten teweegbrengen. Een elektrische stroom door het apparaat leiden in zijn gespannen toestand leidt tot populatie-inversie, wat betekent dat elektronen klaar zijn voor lichtemissie. Zodra de spanning is verwijderd, de elektronen geven hun energie af als pakketjes licht, het centrale principe van laseren. Shiri wijst erop dat dit mechanisme voor laseren uniek is voor silicium nanodraden en niet haalbaar is in bulksilicium. De kleur van het uitgestraalde licht kan zowel door spanning als door nanodraden met verschillende diameters te worden gecontroleerd.

Samenwerken met een lab dat de silicium nanodraden kan fabriceren is de volgende stap. Shiri zou graag zien dat de kleine snorhaarachtige siliciumstructuren worden teruggebracht van de typische 10 nanometer naar drie tot vijf nanometer. Door de diameter van de nanodraad te verkleinen, elektronen hebben een betere kans om hun energie als licht af te geven. Hij verwacht dat het twee tot vijf jaar experimenteren duurt voordat nanodraden op de ideale schaal zijn gefabriceerd.

Consumenten zien lasers in alles, van barcodescanners voor supermarkten, laserprinters, naar cd- of dvd-spelers. LED's worden gebruikt in autokoplampen, lampen, en andere consumentenproducten.

Shiri werkte aan zijn onderzoek samen met zijn begeleiders van zijn proefschriften C.R. Selvakumar, een professor in elektrische en computertechnologie in Waterloo; Anant Anantram, een voormalige technische professor aan Waterloo die nu aan de Universiteit van Washington-Seattle werkt; en Amit Verma, een professor aan de Texas A &M University-Kingsville.