تولید لیزر قابل تنظیم در محدوده ۲۰۰ نانومتری با استفاده از نانوسیم‌ها

محققان دانشگاه ایالتی آریزونا یک تراشه لیزر نیمه‌رسانای منفرد با محدوده تنظیم ۲۰۰ نانومتر توسعه داده‌اند. این ابزار بین ۵۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر قابل تنظیم بوده و بنابر گفته رهبر این گروه پژوهشی،کون‌ژنگ نینگ، این محدوده یک رکود محسوب می‌شود. لیزرهای نیمه‌رسانایی که در محدوده وسیعی قابل تنظیم هستند، می‌توانند در کاربردهای متنوعی همچون طیف‌سنجی، ارتباطات تلفنی، و تشخیص زیستی و شیمیایی مورد استفاده قرار بگیرند. به هر حال دستیابی به چنین لیزرهایی با محدوده تنظیم بسیار وسیع مشکل است، زیرا راهبردهای استاندارد مبتنی بر رشد همبافته، امکان ایجاد عدم تطابق شبکه‌ای محدودی دارند.

طول موج نشری یک منبع نیمه‌رسانا به شکاف باندی ماده آن بستگی دارد. برای دستیابی به لیزرهای قابل تنظیم در یک محدوده وسیع، به آلیاژهای نیمه‌رسانا با شکاف‌های باندی قابل تنظیم نیاز داریم؛ نوع لیزر یک آلیاژ نیمه‌رسانا به ترکیب آن بستگی دارد. در این حالت، عدم تطابق شبکه‌ای با بستر مورد نظر، عامل محدود کننده است.

نینگ و همکارانش می‌گویند با استفاده از فناوری نانوسیم‌ها، محدودیت عدم تطابق شبکه‌ای را می‌توان کاهش داده و یا کاملاً حذف کرد. این یعنی امکان رشد آلیاژهای نیمه‌رسانای دارای ترکیب بسیار متنوع روی یک بستر منفرد به صورت تئوری امکان‌پذیر است.

این گروه پژوهشی با کنترل دقیق پارامترهایی همچون دمای رشد، موفق به ساختن نانوسیم‌های آلیاژی سه‌جزئی CdSxSe1-x شدند؛ در این فرمول، x از یک سمت سطح تا سوی دیگر آن به طور پیوسته از ۰ تا ۱ تغییر می‌کند. در نتیجه، گرادیان پیوسته فضایی از شکاف باندی میان ۷۵/۱ و ۵/۲ الکترون ولت (بین ۵۰۰ تا ۷۰۰ نانومتر) حاصل می‌شود.

از آن جایی که سطح ویفر با نانوسیم‌هایی پوشیده شده است که هر یک به عنوان یک منبع لیزر عمل می‌کنند، تعداد بسیار زیادی از چنین نانولیزرهایی که دارای طول موج قابل تنظیم هستند، با استفاده از یک فرایند رشد روی یک بستر منفرد تشکیل می‌شوند. با استفاده از پمپ نوری این گروه توانستند نشر لیزر را در هر نقطه از طول این ویفر نشان دهند.

گروه تحقیقاتی نینگ در حال حاضر روی توسعه قابلیت تنظیم نور نشری در محدوده وسیع‌تری از طول موج کار می‌کنند. آنها همچنین در حال توسعه کاربردهای این ماده آلیاژی منحصر به فرد در زمینه‌های مختلفی همچون پیل‌های خورشیدی، شناسایی، روشنایی و نمایشگرها هستند. اگر بتوان این لیزرها را با استفاده از جریان الکتریسیته فعال کرد، کاربردهای بسیار دیگری نیز با استفاده از آنها امکان‌پذیر خواهند بود.

نتایج این کار پژوهشی در مجله Nano Letters منتشر شده است.