新墨西哥州洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科學家已將精心設計的膠體量子點結合到一種新型LED中，該新型LED包含集成的光學諧振器，從而使LED能夠充當激光器。
實現方法
研究人員展示了一種可操作的LED，該LED還可以用作光抽運的低閾值激光器。為了實現這些目標，他們將光諧振器直接集成到LED架構中，而不會阻礙電荷載流子流入量子點發射層。
通過仔細設計其多層器件的結構，研究人員將發射光限制在跨度為50 nm的超薄量子點介質內。這是獲得激光效果並同時允許電流有效激發量子點的關鍵。
最後一個成分是可用於激光應用的、獨特的量子點。Los Alamos團隊根據多年來對這些納米結構化學和物理的研究開發了這種量子點配方。
這些是在LED模式下運行的膠體量子點。圖片由洛斯阿拉莫斯國家實驗室提供。
應用前景
據研究人員稱，這些雙重功能的設備為多功能、易於製造的激光二極管掃清了道路。該技術可能會改變從光子學和光電子學到化學傳感和醫學診斷的眾多領域。
洛斯阿拉莫斯國家實驗室量子點小組負責人Victor Klimov表示：“這項最新突破以及我們在量子點化學和器件工程領域取得的其他最新進展表明，由溶液組裝而成的激光二極管可能很快成為現實。”量子點顯示器和電視機已經可以作為商業產品使用。膠體量子點激光器似乎排在下一個。”
膠體半導體量子點為製作集成的無機半導體電子和光電子器件提供了機會。現代半導體激光二極管需要複雜的、基於真空的逐層沉積技術製造。而膠體量子點激光器可以在條件不那麼苛刻的實驗室和工廠生產。
除了簡化製造流程，降低生產成本，膠體量子點技術有利於拓展激光技術應用的領域，包括集成光子電路、光學電路、芯片上的實驗室平臺和可穿戴設備。
在過去的二十年中，洛斯阿拉莫斯量子點團隊一直致力於基於通過膠體化學制備的半導體納米晶體的激光器件的基礎和應用方面研究。這些粒子（也稱為膠體量子點）可以很容易地從其本機溶液環境中進行加工出來，以創建各種光學、電子和光電設備。此外，它們可以針對激光應用進行“尺寸調整”，以產生現有半導體激光二極管無法獲得的顏色。
目前，洛斯阿拉莫斯州的科學家正在應對尚存的挑戰，這是將電流密度提高到足以獲得所謂的粒子數反轉的水平，即量子點活性介質變成光放大器時的狀態。
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