Nanocząsteczki jako kompaktowe źródła laserowe

QD, o wielkości od 2–10 nm (10–50 atomów), przejawiają efekty rozmiaru kwantowego, takie jak dyskretne skwantowane poziomy energii. Manipulowanie tymi efektami otworzyło możliwości do zastosowań w obliczeniach kwantowych, obrazowaniu medycznym, fotowoltaice i detektorach.

Nanokryształy mogą produkować różne kolory w zależności od wielkości cząsteczek. Kolory te, reprezentujące różne energie, można wykorzystać w źródłach laserowych jako alternatywę dla drogich, złożonych i ciężkich przyrządów półprzewodnikowych. Naukowcy przystąpili do opracowania nowych materiałów, przyrządów i układów projektowych mających znaczenie dla opartych na QD kompaktowych przyrządach laserowych, dzięki wsparciu przez UE projektu QDLASER. Przedmiotem badań był wzrost epitaksjalny struktur opartych na QD i związane z nim testy i pomiary materiałów i urządzeń.

Naukowcy skoncentrowali się na materiałach QD pracujących w zakresie widmowym 1,0–1,6 mikronów dla uzyskania wysoce wydajnych źródeł laserowych o ultrakrótkim impulsie (skróconym do 100 femtosekund). Wykorzystali system materiałowy oparty na arsenku indu/fosforku indu o zakresie długości fali około 1,5 mikronów.

QD zsyntetyzowano głównie za pomocą samoorganizacji (przy użyciu metody wzrostu Stranskiego–Krastanowa). Po dokonaniu charakteryzacji naukowcy ocenili właściwości uporządkowanych QD jako nośnika wzmocności. Materiały QD wykorzystano w przyrządach laserowych (wąskogrzbietowych laserach jednomodowych i wnękach laserowych wykorzystujących kryształy fotoniczne), w których z powodzeniem zademonstrowano laserowanie w trybie ciągłym. Naukowcy opracowali odpowiednie reżimy wzrostu do samoorganizacji QD, a także przeprowadzili pierwszy eksperyment z udziałem nowego podejścia do syntezy QD (podejścia opartego na wzroście obszaru selektywnego wspomaganego diblokową litografią kopolimerową).

Zespół jest na dobrej drodze do obsługi lasera femtosekundowego i emisji fal o długości 1,5 mikronów. Technologia ta może potencjalnie zwiększyć wydajność wielu przyrządów stosowanych w telekomunikacji, obrazowaniu medycznym i metrologii.