Innowacyjne lasery z nanostruktur kwantowych
Kropka kwantowa to nanokryształ półprzewodnikowy pułapkujący ekscytony we wszystkich trzech wymiarach przestrzennych. Ekscytony są kwazicząstkami składającymi się z elektronu i dziury, a z ich ograniczonym rozmiarem wiąże się szereg zjawisk fizycznych. W wyniku narastania arsenku indu (InAs) na dielektrycznym fosforku indu (InP) w kontrolowanych warunkach powstaje szereg kropek kwantowych, które tworzą tzw. drut kwantowy. W ramach projektu NANOMAT przebadano tę samorosnącą strukturę nanometrycznych kropelek materiału półprzewodnikowego na podłożu o niedopasowanej sieci krystalicznej (takim jak InAs/InP). Otwiera to możliwość opracowania nowej technologii, w której można by tworzyć struktury pasmowe w nanoskali we wszystkich trzech wymiarach. W szczególności przeprowadzono doświadczenia nad fotoluminescencją, czyli promieniowaniem świetlnym następującym w wyniku wcześniejszej absorpcji, drutu kwantowego InAs/InP i uzyskano akcję laserową o długości fali bliskiej 1,55 μm — długości krytycznej w zastosowaniach telekomunikacyjnych. Konkretnie rzecz biorąc, uzyskano akcję laserową o długości fali 1,45 µm w temperaturze 100 K z urządzenia opartego na jednowarstwowym drucie kwantowym, a ponadto akcję laserową w temperaturze 250 K z urządzenia opartego na trójwarstwowym drucie kwantowym z niskim prądem progowym. Laser 1,55 µm z nanostrukturami jako materiałem aktywnym znajdzie rozmaite zastosowania w przemyśle telekomunikacyjnym. Uczestnicy projektu poszukują dalszego wsparcia prac badawczo-rozwojowych, ponieważ ich dotychczasowe wyniki pokazują, że opracowanie takiego lasera jest możliwe. Laser ten najprawdopodobniej będzie działać w wysokich temperaturach, z ciepłem odprowadzanym za pomocą chłodnic termoelektrycznych, co przyczyni się do znacznego obniżenia kosztów. Co więcej, kwestia niezerowego rozpraszania, które obecnie wydaje się być pewną przeszkodą, zostanie rozwiązana przez tworzenie stosów drutów kwantowych. Opracowany wysokowydajny laser z niskimi prądami progowymi i wysoką stabilnością temperaturową wydaje się być bardzo obiecujący w średniej i dalekiej perspektywie, gdy chodzi o możliwości wykorzystania go do optycznego przechowywania danych i w nanoelektronice, zwłaszcza że od krytycznej długości fali 1,55 μm dzieli go tylko parę nanokroków.
