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 Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen
17.02.2017 | Universität Konstanz

nachricht Zukunftsmusik: Neues Funktionsprinzip zur Erzeugung der „Dritten Harmonischen“
17.02.2017 | Laser Zentrum Hannover e.V.

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: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Im Focus: Weltweit genaueste und stabilste transportable optische Uhr

Optische Strontiumuhr der PTB in einem PKW-Anhänger – für geodätische Untersuchungen, weltweite Uhrenvergleiche und schließlich auch eine neue SI-Sekunde

Optische Uhren sind noch genauer als die Cäsium-Atomuhren, die gegenwärtig die Zeit „machen“. Außerdem benötigen sie nur ein Hundertstel der Messdauer, um eine...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

Ökologischer Landbau: Experten diskutieren Beitrag zum Grundwasserschutz

17.02.2017 | Veranstaltungen

Von DigiCash bis Bitcoin

16.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Stammzellen verlassen Blutgefäße in strömungsarmen Zonen des Knochenmarks

17.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

LODENFREY setzt auf das Workforce Mangement von GFOS

17.02.2017 | Unternehmensmeldung

50 Jahre JULABO : Erfahrung – Können & Weiterentwicklung!

17.02.2017 | Unternehmensmeldung