Üksikmolekulaarne kiht ja õhuke räniriba võimaldavad nanolaarset toimimist toatemperatuuril

Anonim

Esimest korda on teadlased üles ehitanud nanoladerit, mis kasutab ainult üht molekulaarset kihti, mis asetatakse õhukesele ränimuldile, mis töötab toatemperatuuril. Uut seadet, mille on välja töötanud Arizona osariigi ülikooli ja Tsinghua ülikooli, Pekingi, Hiina teadlaste meeskond, võiks potentsiaalselt kasutada teabe edastamiseks erinevate arvutipunktide vahel. Laserid võivad olla kasulikud ka muudeks sensorirakendusteks kompaktses ja integreeritud vormingus.

"See on esimene ühekihilisest materjalist valmistatud nanolaseri toatemperatuuri töö demonstreerimine, " ütles AS-i elektrotehnika professor Cun-Zheng Ning, kes juhtis uurimisrühma. Uue laseriga seotud üksikasjad on avaldatud Lääne Nanotehnoloogia juulis avaldatud veebiväljaandes.

Lisaks Ningile on artikli peamised autorid "Monolayer Molybdenum Ditelluride integreeritud ruumilise temperatuuri pidev laine, mis on integreeritud silikoonnanobeemõõnde", sealhulgas Tsonghua ülikoolist Yongzhuo Li, Jianxing Zhang ja Dandan Huang.

Ning ütles, et uueks arenguks on kesksel kohal materjalide kasutamine, mida saab paigaldada ühe kihina ja efektiivselt võimendada valgust (lasing action). Ühekihilised nanosalvestid on varem välja töötatud, kuid neid tuleb jahutada madalatemperatuurini, kasutades krüogeeni nagu vedel lämmastik või vedel helium. Toatemperatuuril töötamine (~ 77 F) avab uusi võimalusi uute laserite kasutamiseks, "ütles Ning.

Ühine ASU-Tsinghua uurimisrühm kasutas oma seadme jaoks räniga nanoobjektiiviga integreeritud molübdeenist ditelluride monokihist. Ning ütles, et ühendades molübdeenist ditelluriidiga räniga, mis on pooljuhtseadiste aluspõhi ja üks parimaid lainejuhtmaterjale, võisid teadlased saavutada lõhkumist ilma jahutamiseta.

Laser vajab kahte võtmetegurit - kasvuhoone, mis tekitab ja võimendab footoneid ja õõnsust, mis piirab või lööb fotone. Kuigi selliste materjalide valikud on suured laserid lihtsad, muutuvad need nanoosakeste nanomeetri skaalal raskemaks. Nanollaserid on väiksemad kui 100. inimese juukse paksusest ning eeldatavasti mängivad olulist rolli tulevastel arvutikiipidel ja mitmesugustel valguse tuvastamise ja sensori seadmetel.

Kahemõõtmeliste materjalide ja räni lainejuhi valik võimaldas teadlastel saavutada toatemperatuuri toimimist. Molübdeen-telluriidi eksitonid kiirgavad lainepikkust, mis on räni jaoks läbipaistev, muutes räni võimalikuks lainejuhi või õõnsuse materjalina. Projekti võtmeks oli ka nanobeemi õõnsuse täpne valmistamine sahitud aukudega ja kahemõõtmeliste monokihtmaterjalide integreerimine. Sellistesse monokihilistesse materjalidesse kuuluvad eksitonid on 100 korda tugevamad kui tavapärastes pooljuhtides, võimaldades efektiivset valguse emissiooni toatemperatuuril.

Kuna räni on elektroonikas juba kasutusel, eriti arvutikiipides, on selle kasutamine selles rakenduses tulevastel rakendustel märkimisväärne.

"Lasertehnoloogia, mida saab ka Siliconil teha, on aastakümnete vältel teadlastele unistus, " ütles Ning. "See tehnoloogia võimaldab lõpuks inimestel panna nii elektroonika kui ka fotoonika samale ränist platvormile, mis lihtsustab oluliselt tootmist."

Silikoon ei eralda valgust tõhusalt ja seetõttu tuleb seda kombineerida teiste valgust kiirgavate materjalidega. Praegu kasutatakse sellisteks rakendusteks rõngaga sidumiseks teisi pooljuhte, nagu näiteks indium fosfiid või indium garglium arseniid, mis on sadu kordi paksem.

Uued ühekihilised materjalid, mis on kombineeritud silikooniga, kõrvaldavad väljakutseid, mis on tekkinud paksemate ja erinevate materjalide kombineerimisel. Ning sõnul on see mitte-räni materjal ainult ühekihilise paksusega, see on paindlik ja vähene tõenäosus, et see puruneb stressi all.

Edaspidi töötab meeskond oma laseriga elektripinge tööle, et muuta süsteem kompaktsemaks ja hõlpsamini kasutatavaks, eriti kui see on ette nähtud arvutikiipidele kasutamiseks.

menu
menu