Один наноматериал генерирует лазерное излучение разных цветов

Красные, зеленые и синие лазерные диоды стали достаточно миниатюрными и недорогими для широкого распространения в потребительских продуктах. Тем не менее, эти цвета получаются с использованием разных полупроводниковых материалов, получаемых кропотливым методом выращивания кристаллов. Технология, созданная в университете Брауна (Провиденс, Род Айленд), позволяет применять для генерирования лазерного излучения самых разных оттенков один и тот же материал.

Как объясняет в статье для Nature Nanotechnology, ее первый автор Арто Нурмикко (Arto Nurmikko), для этого был синтезирован новый тип материала — коллоидные квантовые точки. Это нанокристаллы с внутренним ядром из сплава кадмия с селеном и покрытием из цинка, серы и кадмия в сочетании с органическим молекулярным клеем. Изменяя длительность синтеза можно получать нанокристаллы различного размера, производящие лазерное излучение с разными длинами волн. Ядро диаметром 4,2 нм дает красный, 3,2 нм — зеленый, а 2,5 нм — синий цвет.

Чтобы изготовить лазер ученые наносили органическую жидкость (наподобие лака для ногтей) с нанокристаллами, выращенными в лабораториях QD Vision в Лексингтоне (штат Массачусетс), на основу из стекла различной формы. После выпаривания на подложке оставались плотные упорядоченные слои нанокристаллов. Поместив стекло между двумя зеркалами специалисты университета Брауна впервые создали действующий прототип лазера VCSEL (vertical-cavity surface-emitting laser) из коллоидных квантовых точек.

Нанокристаллическая структура и техника плакирования стали главными новшествами, отличающими эту работу от прежних неудачных попыток изготовить лазеры из коллоидных квантовых точек. Улучшенные квантовомеханические и электрические характеристики нанокристаллов с покрытием позволили сократить на три порядка затраты энергии, необходимой, чтобы генерировать лазерное излучение. Помимо снижения требований к уровню накачки это уменьшает взаимные «наводки» между плотно упакованными кристаллами, приводящие к потерям энергии в виде тепла (из-за аугеровской рекомбинации экситонов).

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365