Wanneer een persoon Facebook gebruikt of Google zoekt, de informatieverwerking gebeurt in een groot datacenter. Optische verbindingen op korte afstand kunnen de prestaties van deze datacenters verbeteren. Huidige systemen maken gebruik van elektronen, die oververhitting kunnen veroorzaken en energie kunnen verspillen. Echter, het gebruik van licht om informatie tussen computerchips en borden over te dragen kan de efficiëntie verbeteren.

University of Washington assistent-hoogleraar elektrotechniek en natuurkunde Arka Majumdar, Universitair hoofddocent Materials Science and Engineering and Physics Xiaodong Xu en hun team hebben een belangrijke eerste stap ontdekt in de richting van het bouwen van elektrisch gepompte nanolasers (of op licht gebaseerde bronnen). Deze lasers zijn van cruciaal belang bij de ontwikkeling van geïntegreerde, op fotonische gebaseerde optische verbindingen en sensoren op korte afstand.

De resultaten zijn gepubliceerd in een recente editie van Nano-letters .

Het team demonstreerde deze eerste stap door holteversterkte elektroluminescentie van atomair dunne monolaagmaterialen. De dunheid van dit materiaal zorgt voor een efficiënte coördinatie tussen de twee belangrijkste componenten van de laser. Zowel de holteversterkte elektroluminescentie als het materiaal zullen energie-efficiënte datacenters mogelijk maken en parallelle computing met hoge prestaties ondersteunen.

Onlangs ontdekte atomair dunne halfgeleiders hebben aanzienlijke belangstelling gewekt vanwege het vertonen van lichtemissie in de 2D-limiet. Echter, door de extreme dunheid van dit materiaal, de emissie-intensiteit is meestal niet sterk genoeg, en het is belangrijk om ze te integreren met fotonische apparaten (nano-lasers, in dit geval) om meer licht naar buiten te krijgen.

"Onderzoekers hebben elektroluminescentie aangetoond in dit materiaal [atomair dunne monolaag], " zei Majumdar. "Vorig jaar, we rapporteerden ook de werking van een ultra-lage drempel optisch gepompte laser, met behulp van dit materiaal geïntegreerd met nano-holte. Maar voor praktische toepassingen elektrisch aangedreven apparaten zijn vereist. Met behulp van dit, men kan de apparaten van stroom voorzien met behulp van elektrische stroom. Bijvoorbeeld, u voedt uw laserpointer met een elektrische batterij. "

Majumdar en Xu rapporteerden onlangs holte-versterkte elektroluminescentie in atomair dun materiaal. Een heterostructuur van verschillende monolaagmaterialen wordt gebruikt om de emissie te verbeteren. Zonder de holte, de emissie is breedband (unidirectioneel) en zwak. Een nano-holte verhoogt de emissie en maakt ook single-mode (gerichte) bediening mogelijk. Dit maakt directe modulatie van de emissie mogelijk, een cruciale vereiste voor de datacommunicatie.

Deze structuren zijn van actueel wetenschappelijk belang en worden beschouwd als de nieuwe "goudkoorts" van de fysica van de gecondenseerde materie en de materiaalwetenschap. Hun huidige resultaat en de eerdere demonstratie van optisch gepompte lasers tonen de belofte van elektrisch gepompte nanolasers, wat de volgende mijlpaal voor dit onderzoek vormt. Deze volgende prestatie zal de efficiëntie van het datacenter verbeteren voor optimale prestaties.

"Ons team onderzoekt momenteel de integratie van de monolaagmaterialen met een siliciumnitrideplatform, " zei Majumdar. "Door dit werk, we hopen de felbegeerde CMOS-compatibiliteit [complementaire metaaloxide-halfgeleider] te bereiken, dat is hetzelfde proces waarmee de computerprocessors vandaag worden gefabriceerd."

Het onderzoek wordt ondersteund door subsidies van de National Science Foundation en het Air Force Office of Scientific Research.