UC Berkeley ve Lawrence Berkeley Ulusal Laboratuvarı'ndaki mühendislerden oluşan bir ekip, nanofotonik araştırmacılarını yaklaşık yirmi yıldır meşgul eden temel bir sorunu çözdü: Bir nanolazere, cihazın çalışmasını sağlayan optik özellikleri bozmadan nasıl elektrik verileceği.
Nature Nanotechnology'de Pazartesi günü yayınlanan buluş, cihazın elektriksel ve optik işlevlerini ayıran ve her birinin bağımsız olarak optimize edilmesine olanak tanıyan "ortogonal optoelektronik" adlı bir tasarım sunuyor.
Temel Zorluk
Nanofotonik lazerler, fotonları yakalamak ve kontrol etmek için ışığın dalga boyundan daha küçük yapılar kullanır. Bu cihazlar, ışığı sıkıca hapsetmek için yüksek "kırılma indisi kontrastı" gerektirir. Ancak böyle bir cihazı elektrikle çalıştırmak tipik olarak bu kontrastı azaltan ve performansı düşüren iletken malzemeler eklemeyi gerektirir.
Çözüm: Nano Direkler
Ekip, cihazı, ışığın elektromanyetik alanının doğal olarak sıfıra düştüğü noktalara yerleştirilmiş mikroskobik direkler (nanokolonlar) dizisi üzerinde destekliyor. Bu noktalarda, direkler elektriği iletirken ışığa karşı etkili bir şekilde görünmez kalıyor.
"Bu tasarımı kullanarak, fiber-optik iletişimde kullanılan dalga boylarında oda sıcaklığında elektrikle çalışan lazer elde ettik," dedi ortak yazar Md Ishfak Tahmid.
Beklenmeyen Keşif
Ana sınırlamanın optik tasarım değil, üretim tekdüzeliği olduğunu keşfettiler. Optik mod, nanokolon boyutundaki değişikliklere rağmen sağlam kaldı, ancak küçük tutarsızlıklar akımın cihaz genelinde ne kadar tekdüze enjekte edildiğini güçlü bir şekilde etkiledi.
Uygulamalar
Buluş; optik iletişim, AI veri merkezleri, otonom araçlar için LiDAR, algılama ve görüntüleme için yonga üstü fotonik sistemler ve kuantum fotonik alanlarında yeni nesil kompakt, enerji verimli fotonik teknolojilerin önünü açabilir.
