Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuentwicklung: Nanolaser mit ultraniedriger Laserschwelle

18.03.2015

Ein internationales Team zeigt, wie Mikrochips optimiert werden können

Integrierte elektronische Schaltkreise auf einem einzelnen Mikrochip gehören mittlerweile zu unserem alltäglichen Leben. Sie befinden sich nicht nur in Computern und Handys, ihre Anwendung in der Informationstechnologie, in der medizinischen Diagnostik als auch in der Umwelttechnik haben unsere Lebensqualität drastisch verändert.

In ihrer Funktionalität und Effizienz haben integrierte elektronische Schaltkreise aber größtenteils ihre Grenzen erreicht. Schnellere, kompaktere und effizientere Möglichkeiten sind daher gefragt:

In einer aktuellen Studie zeigen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Humboldt-Universität zu Berlin (HU) gemeinsam mit Kolleginnen und Kollegen aus den USA und China, dass diese Möglichkeiten mithilfe von integrierten photonischen und elektrischen Schaltkreisen auf einem Chip erweitert werden können. Die Ergebnisse wurden nun in der aktuellen Onlineausgabe der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Durch die Kombination aus zweidimensionalen Halbleiterschichten mit atomarer Dicke und Halbleiter-Nanoresonatoren konnte das Forscherteam einen Nanolaser mit ultraniedriger Laserschwelle realisiert. „Solche Nanosysteme benötigen eine sehr geringe Leistung zum Lasern. Sie erzeugen daher nur minimale Hitze und können sehr gut auf einem Micro-Chip integriert werden“, erläutert Dr. Fariba Hatami vom Institut für Physik der HU.

Bringt man eine Lichtquelle mit einem Resonator zusammen, werden die Nicht-Strahlungsprozesse unterdrückt, wodurch die Wahrscheinlichkeit spontaner Emission steigt. Ist die Wahrscheinlichkeit groß genug, reicht die spontane Emission aus, um die Lichtquelle zum „Lasern“ zu bringen. „Als Nanoresonatoren wurden zweidimensionale photonische Kristalle aus Galliumphosphid (GaP) hergestellt und verwendet“, erläutert Hatami.

Photonische Kristalle sind periodische Strukturen aus zwei Materialien mit unterschiedlichem optischem Brechungsindex. Sie besitzen daher eine photonische Bandlücke. Die Periodizität im Brechungsindex wird bei 2D-photonischen Kristallen durch Herstellung von winzigen periodischen Luftlöchern in einer sehr dünnen GaP-Membran mit einer Schichtdicke von etwa 130 Newtonmeter erreicht.

Werden einige der Luftlöcher hintereinander weggelassen, entsteht ein Nanoresonator mit ausreichend großem Gütefaktor und kleinem Volumen. Die optischen Moden sind dann in solchen Nanoresonatoren stark quantisiert. Idealerweise sind alle zufällig emittierten Photonen (Spontanemission) an eine optische Mode gekoppelt. Dadurch werden die anderen Verlustprozesse unterdrückt und ein energetisch effizienter Nanolaser realisiert.

Originalveröffentlichung
Monolayer semiconductor nanocavity lasers with ultralow thresholds: Sanfeng Wu, Sonia Buckley, John R. Schaibley, Liefeng Feng, Jiaqiang Yan, David G. Mandrus, Fariba Hatami, Wang Yao, Jelena Vučković, Arka Majumdar, Xiaodong Xu.

Onlineausgabe
http://dx.doi.org/10.1038/nature14290

Kontakt
Dr. Fariba Hatami
Humboldt-Universität zu Berlin
Institut für Physik
Tel.: 030 2093-7942
hatami@physik.hu-berlin.de

Hans-Christoph Keller | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.hu-berlin.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Physik Astronomie:

nachricht Flashmob der Moleküle
19.01.2017 | Technische Universität Wien

nachricht Verkehrsstau im Nichts
19.01.2017 | Universität Konstanz

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Physik Astronomie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Im Focus: Traffic jam in empty space

New success for Konstanz physicists in studying the quantum vacuum

An important step towards a completely new experimental access to quantum physics has been made at University of Konstanz. The team of scientists headed by...

Im Focus: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Flashmob der Moleküle

19.01.2017 | Physik Astronomie

Tollwutviren zeigen Verschaltungen im gläsernen Gehirn

19.01.2017 | Medizin Gesundheit

Fraunhofer-Institute entwickeln zerstörungsfreie Qualitätsprüfung für Hybridgussbauteile

19.01.2017 | Verfahrenstechnologie