Elektroda.pl
Elektroda.pl
X

Search our partners

Find the latest content on electronic components. Datasheets.com
Elektroda.pl
Please add exception to AdBlock for elektroda.pl.
If you watch the ads, you support portal and users.

Naukowcy zbudowali nanoskopowy laser o grubości jednej warstwy atomowej

ghost666 30 Mar 2015 13:59 1686 0
  • Naukowcy zbudowali nanoskopowy laser o grubości jednej warstwy atomowejNaukowcy pracujący na uniwersytecie w Waszyngtonie skonstruowali pierwszy na świecie laser o wielkości kilku nanometrów. Wykorzystali do tego ultracienkie półprzewodniki, jakie dostępne są teraz nauce. Wytworzony w ten sposób laser jest niezwykle wydajny energetycznie, łatwy do skonstruowania i w pełni kompatybilny ze stosowanymi dzisiaj technikami wytwarzania układów półprzewodnikowych.

    Lasery pełnią kluczową rolę w niezmiernie dużej ilości technologii, poczynając od systemów medycznych, poprzez wycinarki laserowe, a na zwykłych gadżetach kończąc. Jednakże, aby sprostać wymaganiom wielu gałęzi technologii - informatyki, komunikacji, obrazowaniu czy sensoryce - naukowcy próbują tworzyć coraz to mniejsze lasery pobierające coraz mniejszą moc.

    Laser opracowany w Waszyngtonie nie zostałby stworzony bez współpracy z naukowcami z Uniwersytetu Stanford. Zbudowany został on w oparciu o półprzewodnik gruby na jedynie trzy atomy (jedną molekułę). Materiał ten pełni rolę wzmacniacza w układzie laserowym, który odpowiedzialny jest za emisję światła. Technologia budowy tego lasera opisana została w artykule, który ukazał się w prestiżowym czasopiśmie Nature. Publikacja ta dostępna jest pod http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14290.html tym linkiem.

    "To bardzo niedawne odkrycie - nowy rodzaj półprzewodnika, który jest bardzo cienki i emituje w wydajny sposób światło" - opowiada Sanfeng Wu, doktorant z uniwersytetu w Waszyngtonie oraz autor artykułu z Nature, opublikowanego przez zespół, który stworzył nanolaser. "W oparciu o ten materiał naukowcy stworzyli już tranzystory, diody elektroluminescencyjne i ogniwa fotowoltaiczne - wszystko dzięki jego unikalnym własnościom. Teraz kolej na zbudowanie w oparciu o niego nanolaserów".

    Nanolasery - układy tak małe, iż nie da się ich obserwować nieuzbrojonym okiem - mają ogromny potencjał i mogą zrewolucjonizować szereg technologii. Przewiduje się się, iż nanolasery zaaplikowane zostaną w kolejnej generacji implantów medycznych, które za zadanie będą miały monitorować stan zdrowia pacjentów. Jednakże nanolasery póki co nie wyszły za progi laboratoriów...

    Większość układów tego rodzaju wykorzystuje ośrodki laserujące będące znacznie grubsze niż monowarstwy atomowe, albo ośrodek wbudowany jest we wnękę rezonansową lasera, co czyni jego konstrukcję dosyć problematyczną. Przez to trudno jest implementować tego rodzaju lasery w układach scalonych itp.

    Naukowcy zbudowali nanoskopowy laser o grubości jednej warstwy atomowej


    Laser zbudowany w Waszyngtonie wykorzystuje płaską warstwę ośrodka półprzewodnikowego, która umieszczona jest na często wykorzystywanej wnęce optycznej - niewielkiej przestrzeni, która ogranicza i wzmacnia światło. Dzięki swojej niewielkiej grubości warstwa aktywna wykonana z półprzewodnika opartego o wolfram idealnie sprzęga się z wnęką rezonansową.



    Skonstruowany w oparciu o aktywną monowarstwę laser potrzebuje jedynie 27 nano watów, aby rozpocząć pracę, co oznacza, że jest bardzo wydajny. Innymi zaletami tego lasera, jest to że łatwo wytwarza się tego rodzaju strukturę, a sama procedura wytwarzania jest potencjalnie kompatybilna z technologią wytwarzania układów krzemowych, najbardziej rozpowszechnionych w dzisiejszej elektronice. Wykorzystanie niezależnej, zupełnie osobnej warstwy jako ośrodka aktywnego daje ogromną zaletę, gdyż pozwala na łatwą manipulację własnościami optycznymi tej warstwy, a w konsekwencji lasera.

    "Analizując te lasery i różnice miedzy nimi, można porównać je do telefonu komórkowego - niektóre mają kartę SIM wbudowaną, a niektóre pozwalającą na jej wyjęcie" - tłumaczy współautor publikacji w Nature profesor Arka Majmudar.

    "Podczas pracy z innymi materiałami ośrodek wzmacniający jest wbudowany w laser i nie można go zmienić. W opracowanym przez nas nanolaserze możliwym jest zdjęcie monowarstwy i powtórne jej nałożenie, co oznacza, że o wiele prostsze jest zmienianie własności optycznych lasera" - tłumaczy profesor Majmudar.

    Naukowcy mają nadzieję, że to i inne najnowsze innowacje, pozwolą na produkcję elektrycznie sterowanych nanolaserów, które pozwolą na wykorzystanie światła do transmisji informacji pomiędzy układami scalonymi, a nie elektronów, jak dzieje się to dzisiaj. Taki sposób przekazywania informacji prowadzi do przegrzewania się systemów elektronicznych i marnowania mocy. Firmy takie jak Facebook, Oracle, HP, Google czy Intel, operujące ogromnymi serwerowniami, są mocno zainteresowane opracowaniem rozwiązań o wiele bardziej wydajnych i oszczędnych energetycznie.

    Wykorzystanie fotonów zamiast elektronów, do przekazywania informacji zmniejsza istotnie zużycie mocy w systemach informatycznych. Może pozwolić to na zwiększenie prędkości i zmniejszenie zużycia energii przez systemy komputerowe następnej generacji. Zaprezentowany powyżej nanolaser jest jednym z kroków na drodze do stworzenia realnych systemów komunikacji optycznej na krótkich zasięgach.

    "Chcielibyśmy, aby układy elektroniczne działały szybciej, zużywając mniejszą moc, potrzebujemy zatem nowych technologii" - mówi inny ze współautorów publikacji w Nature, profesor Xiaodong Wu. "Realną innowacją w naszym podejściu do konstrukcji nowatorskiego lasera, w porównaniu do innych nanolaserów, jest to, że rozwiązanie to jest naprawdę skalowalne i zapewnia większą kontrolę nad laserem".

    Mimo to, nadal jest dużo rzeczy do zrobienia w najbliższej przyszłości, jak mówi profesor Xu. Następnym krokiem jest zbadanie statystyki fotonów, aby określić, jak bardzo spójne jest światło laserowe generowane przez ten nanolaser.

    Źródło:

    http://phys.org/news/2015-03-scientists-nanolaser-atomic-sheet.html#jCp

    Cool? Ranking DIY
    [28-30.06.2022, targi] PowerUP EXPO 2022 - zasilanie w elektronice. Zarejestruj się za darmo
    About Author
    ghost666
    Translator, editor
    Offline 
    Fizyk z wykształcenia. Po zrobieniu doktoratu i dwóch latach pracy na uczelni, przeszedł do sektora prywatnego, gdzie zajmuje się projektowaniem urządzeń elektronicznych i programowaniem. Od 2003 roku na forum Elektroda.pl, od 2008 roku członek zespołu redakcyjnego.
    ghost666 wrote 11043 posts with rating 9365, helped 157 times. Live in city Warszawa. Been with us since 2003 year.