Створено перший в історії нанолазер, що приводиться в дію електричним струмом і працює при кімнатній температурі
У переважній більшості випадків всі створені на даний момент часу нанолазеры, лазери, що мають мікроскопічні розміри, приводяться в дію за рахунок зовнішнього джерела світла, ще одного лазера, правда, вже не нанорозмірного. Такі нанолазеры не виділяють тепла і не розсіюють багато що надходить до них енергії, за рахунок чого вони успішно працюють при кімнатній температурі. Незважаючи на такі характеристики, використання таких нанолазеров не скрізь прийнятно, особливо в області мікроелектроніки, із-за необхідності використання додаткового лазера. Вчені вже досить давно розробили нанолазеры, які працюю просто від електричного струму, але і як будь-який інший напівпровідниковий прилад, такі нанолазеры виділяють досить велику кількість тепла, яке потрібно від них відводити. Тому вони не можуть нормально працювати при кімнатній температурі з-за значного перегріву їх мікроскопічної структури.
Нанолазеры дуже важливі для подальшого розвитку галузі мікроелектроніки та збереження істинності закону Гордона Мура, який останнім часом починає зустрічати на своєму шляху все більше і більше перешкод. Але їх широкому впровадженню поки заважає відсутність нанолазер, здатного нормально працювати при кімнатній температурі і використовувати енергію електричного струму. І дослідникам з університету арізони (Arizona State University, ASU) нарешті вдалося побороти всі фізичні і технологічні обмеження, створивши електричний нанолазер, вільний від всіх перерахованих вище недоліків. Слід зауважити, що дослідникам, очолюваним професором Кун-Чжен Нингом (Кун-Zheng Ning), було не так просто добитися позитивних результатів, їх успіх увінчав їх зусилля і дослідження, проведені протягом семи років часу.
Для створення нового нанолазер Нинг і його команда використовували складну структуру з чергуються шарів фосфіду індію, арсеніду індію, галію і знову фосфіду індію (InP/InGaAs/InP), сформовану у вигляді прямокутника. В якості ізолятора використовувався нітрид кремнію (SiN), який відділяв внутрішню структуру нанолазер від зовнішньої оболонки з шару срібла, яка одночасно виконувала роль тепловідведення. Слід зауважити, що така структура мікроскопічного електричного лазера була розроблена вченими вже досить давно, але попередні зразки таких лазерів страждали від проблеми перегріву і могли працювати тільки при низькій температурі навколишнього середовища. На цей раз вченим вдалося підібрати товщину ізоляційного шару SiN і вдосконалити процес виготовлення лазера так, що була вирішена проблема ефективного охолодження його внутрішньої структури.
"Незважаючи на відносну зовнішню простоту нашого досягнення навіть важко собі уявити, наскільки складно було все це виконати у нанометровому масштабі. В такому маленькому масштабі будь-яка дрібна проблема стає великою і будь-яка помилка призводить до повної непрацездатності кінцевого пристрою. Нам довелося розбити процес виробництва на кілька етапів і кожен з цих етапів досить складний", - пояснив професор Кун-Чжен Нинг у випущеному прес-релізі.
Досягнення команди професора Кун-Чжен Нинга відкриває шлях до масового виробництва нанолазеров, які можуть влаштувати невелику революцію в області мікроелектроніки. Ці нанолазеры можуть значно прискорити процесори майбутніх комп'ютерів, розширити смугу оптичних комунікаційних каналів, використовуватися в чіпах різних датчиків і в багатьох інших програмах, які можуть повністю змінити електроніку майбутнього.