 |
| 2-B yarı iletkenler kullanarak nanolazerlere yeni ışık yakma |
Ning, "Bir trionun bir foton [bir ışık parçacığı) nasıl yayabileceği ya da bir fotonu nasıl emebileceğinin temel optik süreçlerini incelerken, yeterli trion popülasyonuna sahip olduğumuzda optik kazancın var olabileceğini keşfettik. "Ayrıca, böyle bir optik kazancın varlığı için eşik değeri keyfi olarak küçük olabilir, sadece ölçüm sistemimizle sınırlandırılabilir."
Ning'in deneyinde, ekip, telekomünikasyon araçlarında kullanılan barkod tarayıcılar ve lazerler gibi optoelektronik cihazlara güç veren geleneksel yarı iletkenlerdekinden dört ila beş büyüklükte (10.000 ila 100.000 kat) yoğunluk seviyelerinde optik kazancı ölçtü.
Ning, eksitonların trilyonları nasıl oluşturduğuna ve yarı iletken malzemelerdeki elektriği Mott yoğunluğuna (nokta bir yarı iletken bir yalıtkandan bir iletkene dönüşür ve ilk önce optik kazanç gerçekleşir).
Ancak Mott geçişini ve yoğunluğunu elde etmek için gereken elektrik gücü, verimli hesaplamanın geleceği için arzulanandan çok daha fazladır. Araştırdığı gibi yeni düşük güçlü nanolazer yetenekleri olmadan Ning, bir süper bilgisayarı çalıştırmak için küçük bir güç istasyonu alacağını söylüyor.
Ning, "Mott geçişinin altındaki eksitonik komplekslerle optik kazanç elde edilebilirse, düşük güç giriş seviyelerinde, az miktarda sürüş gücü gerektirecek gelecekteki amplifikatörler ve lazerler yapılabilir."
Bu gelişme, enerji tasarruflu fotonikler veya ışık tabanlı cihazlar için oyunu değiştirebilir ve yeterli eksiton oluşturma ve sürdürme yetenekleriyle sınırlı olan geleneksel yarı iletkenlere bir alternatif sağlayabilir.
Ning'in 2-D malzemelerle yapılan önceki deneylerde gözlemlediği gibi, daha önce inanıldığından daha önce optik kazanç elde etmek mümkündür. Şimdi o ve ekibi çalışmasını sağlayacak bir mekanizma ortaya çıkardılar.
Ning, "Malzemelerin inceliği nedeniyle elektronlar ve delikler geleneksel yarı iletkenlere göre yüzlerce kez daha güçlü bir şekilde çekiyor," diyor. "Böyle güçlü yük etkileşimleri, oda sıcaklığında bile eksitonları ve trionları çok stabil hale getirir."
Bu, araştırma ekibinin çok düşük yoğunluk seviyelerinde optik kazanç elde etmek için elektronların, deliklerin, eksitonların ve triyonların dengesini keşfedebileceği ve dönüşümlerini kontrol edebileceği anlamına gelir.
Ning, "Trion durumunda orijinal elektron durumundan daha fazla elektron olduğunda, popülasyonun ters çevrilmesi adı verilen bir durum ortaya çıkar." "Emilen emisyontan daha fazla foton yayılabilir, bu da uyarılmış emisyon ve optik amplifikasyon veya kazanç adı verilen bir işleme yol açar."
 |
| 2-B yarı iletkenler |
Nanolaser gizemlerini çözmek, her seferinde temel bilimin bir adımı
Bu yeni keşif Mott geçiş bulmacasına bir parça eklerken - araştırmacıların düşük güçlü 2-D yarı iletken nanolazerler oluşturmak için yararlanabilecekleri yeni bir mekanizmayı ortaya çıkardı - Ning, bunun, 2017 nanolazerlerinin üretimi.
Kalan gizemleri çözmek için çalışmalar devam etmektedir.
Benzer trion deneyleri 1990'larda geleneksel yarı iletkenlerle yapıldı, "diyor, ancak eksitonlar ve trionlar çok dengesizdi, hem deneysel gözlem hem de özellikle bu optik kazanç mekanizmasının gerçek cihazlar için kullanımı son derece zor."
"Eksitonlar ve triyonlar 2 boyutlu materyallerde çok daha kararlı olduğu için, bu gözlemlerden gerçek dünya cihazları yapmak için yeni fırsatlar var."
Ning ve araştırma ekibinin bu ilginç gelişimi sadece temel bilim seviyesindedir. Bununla birlikte, temel araştırmalar heyecan verici şeylere yol açabilir.
Ning, "Temel bilim dünya çapında bir çabadır ve her yerden en iyi insanlar dahil edilebilirse herkes fayda sağlar. ASU, özellikle Çin, Almanya, Japonya ve dünyadaki en iyi araştırma gruplarıyla uluslararası işbirlikleri için açık ve özgür bir ortam sağladı."
Ekibinin bu yeni optik kazanç mekanizmasının farklı sıcaklıklarda nasıl çalıştığını ve nanolazerleri kasıtlı olarak oluşturmak için nasıl kullanılacağını incelemek için daha fazla işi kaldı.
"Bir sonraki adım, özellikle yeni optik kazanç mekanizmalarını kullanarak çalışabilen lazerler tasarlamaktır," diyor Ning.
Fizik temelleri atıldığında, sonunda süper bilgi işlem ve veri merkezlerinin geleceğini değiştirebilecek yeni nanolazerler oluşturmak için uygulanabilirler.
Ning, "Uzun vadeli hayal lazerleri ve elektronik cihazları tek bir entegre platformda birleştirmek ve bir çip üzerinde süper bilgisayar veya veri merkezi sağlamaktır." Diyor. "Bu tür gelecekteki uygulamalar için, mevcut yarı iletken lazerlerimiz hala elektronik cihazlarla entegre edilemeyecek kadar büyük."
