Een van de geheimen om kleine laserapparaten zoals scalpels voor oogchirurgie nog efficiënter te laten werken, is het gebruik van kleine halfgeleiderdeeltjes, kwantumdots genoemd. In nieuw onderzoek bij het Los Alamos National Laboratory's Nanotech Team, er wordt geknoeid met de ~ nanometergrote stippen, of "gedoopt, " met extra elektronen, een behandeling die de stippen steeds dichter bij het produceren van het gewenste laserlicht brengt met minder stimulatie en energieverlies.

"Als we het samenstellingsprofiel in de deeltjes goed afstemmen tijdens hun fabricage, en injecteer dan twee of meer elektronen in elke stip, ze worden beter in staat om laserlicht uit te zenden. belangrijk, ze hebben aanzienlijk minder stroom nodig om de laserwerking te starten, " zei Victor Klimov, leider van het Nanotech-team.

Om een ​​materiaal te dwingen laserlicht uit te zenden, moet men toewerken naar een "populatie-inversie, " dat is, waardoor het aantal elektronen in een elektronische toestand met hogere energie groter is dan het aantal elektronen in een toestand met lagere energie. Om deze toestand normaal te bereiken, men past een externe stimulus toe (optisch of elektrisch) van een bepaald vermogen, die een kritische waarde zou moeten overschrijden die de "optische versterkingsdrempel" wordt genoemd. In een recente paradigmaveranderende vooruitgang, Los Alamos-onderzoekers hebben aangetoond dat door extra elektronen toe te voegen aan hun speciaal ontworpen kwantumstippen, zij kunnen deze drempel terugbrengen tot vrijwel nul.

Een standaard lasermateriaal, wanneer gestimuleerd door een pomp, absorbeert licht voor een tijd voordat het begint te laseren. Op weg naar laseren, het materiaal gaat door de staat van "optische transparantie" wanneer licht niet wordt geabsorbeerd of versterkt. Door extra ladingsdragers toe te voegen aan hun kwantumdots, de Los Alamos-onderzoekers waren in staat om absorptie te blokkeren en de staat van transparantie te creëren zonder externe stimulatie. Dit houdt in dat zelfs extreem zwak pompen nu laseremissie kan initiëren.

Een ander belangrijk ingrediënt van dit onderzoek is een nieuw type kwantumstippen waarvan de binnenkant is ontworpen om de laseractieve toestand veel langer te behouden dan standaarddeeltjes. Normaal gesproken, de aanwezigheid van extra elektronen zou laserstraling onderdrukken omdat kwantumdot-energie snel vrijkomt, niet als een fotonenstroom maar als verspillende warmte. Het nieuwe Los Alamos-deeltjesontwerp elimineert deze parasitaire verliezen, het omleiden van de energie van het deeltje naar het emissiekanaal. "Deze studies openen spannende mogelijkheden voor het realiseren van nieuwe soorten laagdrempelige laserapparaten die kunnen worden vervaardigd uit een oplossing met behulp van een verscheidenheid aan substraten en optische holteontwerpen voor toepassingen variërend van glasvezel en grootschalige laserarrays tot laserverlichting en laboratoriumtoepassingen -a-chip detectietechnologieën, ' zei Klimov.

Het onderzoek wordt beschreven in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie deze week.