ฉายแสงใหม่บนนาโนเลเซอร์โดยใช้เซมิคอนดักเตอร์ 2 มิติ

ในสายงานวิจัยล่าสุดของเขา Cun-Zheng Ning ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมไฟฟ้าใน Ira A. Fulton Schools of Engineering ที่ Arizona State University และเพื่อนร่วมงานของเขาได้สำรวจความสมดุลที่ซับซ้อนของฟิสิกส์ที่ควบคุมอิเลคตรอน โฮล excitons และไตรออน อยู่ร่วมกันและแปลงซึ่งกันและกันเพื่อสร้างการรับแสง บาร์โค้ด ผลลัพธ์ของพวกเขาซึ่งนำโดย รองศาสตราจารย์ Hao Sun แห่งมหาวิทยาลัย Tsinghua ได้รับการตีพิมพ์เมื่อเร็วๆ นี้ในสิ่งพิมพ์Nature Light : Science & Applications"ในขณะที่ศึกษากระบวนการทางแสงพื้นฐานว่าทรีออนสามารถปล่อยโฟตอน [อนุภาคของแสง] หรือดูดซับโฟตอนได้อย่างไร เราค้นพบว่าการได้รับแสงสามารถเกิดขึ้นได้เมื่อเรามีประชากรทรีออนเพียงพอ" หนิงกล่าว "นอกจากนี้ ค่าเกณฑ์สำหรับการมีอยู่ของอัตราขยายทางแสงดังกล่าวอาจมีค่าน้อยได้ตามอำเภอใจ ระบบการวัดของเราจำกัดไว้เท่านั้น" ในการทดลองของ Ning ทีมงานได้วัดอัตราการขยายของแสงที่ระดับความหนาแน่น 4-5 ลำดับของขนาด 10,000 ถึง 100,000 เท่า ซึ่งเล็กกว่าในเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปที่จ่ายพลังงานให้กับอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ เช่น เครื่องสแกนบาร์โค้ดและเลเซอร์ที่ใช้ในเครื่องมือโทรคมนาคม Ning ได้รับแรงผลักดันให้ทำการค้นพบดังกล่าวโดยความสนใจในปรากฏการณ์ที่เรียกว่า Mott transition ซึ่งเป็นปริศนาทางฟิสิกส์ที่ยังไม่ได้ไขว่า exciton ก่อตัวเป็น trion และนำไฟฟ้าในวัสดุเซมิคอนดักเตอร์ได้อย่างไรจนถึงจุดที่ความหนาแน่น Mott (จุดที่ สารกึ่งตัวนำเปลี่ยนจากฉนวนเป็นตัวนำและอัตราขยายทางแสงเกิดขึ้นก่อน) แต่พลังงานไฟฟ้าที่จำเป็นเพื่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงและความหนาแน่นของ Mott นั้นมากเกินกว่าที่ต้องการสำหรับอนาคตของการประมวลผลที่มีประสิทธิภาพ หากไม่มีความสามารถของนาโนเลเซอร์พลังงานต่ำใหม่อย่างที่เขากำลังทำการวิจัย Ning กล่าวว่าจะต้องใช้โรงไฟฟ้าขนาดเล็กเพื่อควบคุมซูเปอร์คอมพิวเตอร์หนึ่งเครื่อง "หากได้รับแสงด้วยคอมเพล็กซ์ excitonic ที่ต่ำกว่าการเปลี่ยน Mott ที่ระดับกำลังไฟเข้าต่ำ แอมพลิฟายเออร์และเลเซอร์ในอนาคตอาจสร้างได้ซึ่งต้องใช้กำลังขับเพียงเล็กน้อย" Ning กล่าว



การพัฒนานี้อาจพลิกเกมสำหรับโฟโตนิกส์ที่ประหยัดพลังงานหรืออุปกรณ์ที่ใช้แสง และเป็นทางเลือกแทนเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไป ซึ่งมีข้อจำกัดในการสร้างและรักษา exciton ที่เพียงพอ ดังที่ Ning สังเกตในการทดลองก่อนหน้านี้กับวัสดุ 2 มิติ เป็นไปได้ที่จะได้รับอัตราขยายทางแสงเร็วกว่าที่เคยเชื่อกัน ตอนนี้เขาและทีมของเขาได้ค้นพบกลไกที่ทำให้มันใช้งานได้ "เนื่องจากความบางของวัสดุ อิเล็กตรอนและโฮลจึงดึงดูดซึ่งกันและกันได้แรงกว่าเซมิคอนดักเตอร์ทั่วไปหลายร้อยเท่า" หนิงกล่าว "การโต้ตอบของประจุที่รุนแรงเช่นนี้ทำให้ excitons และ trion มีความเสถียรมากแม้ในอุณหภูมิห้อง"