نانو تکنولوژی

بهينه‌سازي مستقل هسته و پوستة يک ليزر نانوسيمي کوانتومي چندجداره(MQW)، منجر به ايجاد قابليت تنظيم و کنترل بي‌سابقه‌اي بر روي اين چشمه‌هاي بسيار کوچک ليزر گرديده‌است. به عقيدة محققان آمريکايي(که اين کشف را انجام داده‌اند)، اين امر يک گام به‌سوي تحقق نانوليزرهاي تزريقي بدونِ تکيه‌گاه محسوب مي‌شود.

چارلز ليبر از دانشگاه هاروارد، در اين باره گفت:«روش ما نخستين عمليات ساخت MQWهاي هم‌مرکزي است که يک هستة نانوسيمي را دربرگرفته‌اند. اين ساختارهاي MQW، پيچيدگي ساختاري بي‌نظيري را از خود نشان مي‌دهند و اين امکان بررسي مجزاي دو بخش مهم يک ليزر نانوسيمي؛ يعني محفظه و واسطة بهره‌برداري(gain medium) را در اختيار ما قرار داده‌اند.»

گرچه ليزرهاي نانوسيمي يک ايدة جديد نيستند؛ مطالعات پيشين بر روي نيمه‌رساناهاي همگني مثل نيتريد گاليوم(GaN) متمرکز بوده‌است. اين امر بدين معناست که طول ‌موج ليزر را باندگپِ ماده تعيين مي‌‌كند و راهي براي طراحي و تنظيم خصوصيات ليزر وجود ندارد. برخلاف اين ليزرها، چشمه‌هايي كه ليبر و همکارانش طراحي كرده‌اند، از هستة نانوسيمي‌اي ساخته شده‌است که همانند محفظة نوري عمل کرده و با پوسته‌هاي MQW از جنس InGaN/GaN پوشيده شده‌است. اين پوسته‌ها به‌عنوان يک واسطة بهره‌برداري با ترکيبِ قابل‌تنظيم، عمل مي‌کنند. اگر دما كاري تمام ابزارهاي مربوطه در حد دماي اتاق باشد؛ با تغيير محتواي اينديومِ ترکيب، مي‌توان طول ‌موج تابشي را از ۳۶۵ نانومتر تا ۴۹۴ نانومتر تغيير داد.

ساختارهاي نانوسيمي اين گروه، شامل سه و ۲۶ جدارة کوانتومي بودند و نانوسيم‌هاي مورد نظر ۲۰۰ تا ۴۰۰ نانومتر قطر و ۲۰ تا ۶۰ ميکرومتر طول داشتند. يک ليزرِ کيو-سوييچِ Nd:YVO4 (که طول‌ موج ۲۶۶ نانومتر را تابش مي‌کرد) نانوسيم‌ها را از لحاظ نوري تغذيه مي‌کرد.

هم‌اکنون ليبر و همکارانش چندين موضوع تحقيقاتي مختلف را دنبال مي‌کنند؛ در مهم‌ترين بخش، آنها در تلاشند تا از طريق رشد هستة کوچک‌تر و لايه‌هاي پوششي فلزي اضافي به آستانه‌هاي ليزر پايين‌تري دست پيدا کنند. ليبر در اين خصوص گفت:«به‌کارگيري جداره‌هاي کوانتومي بيشتر؛ به آستانة ليزر پايين‌تري مي‌انجامد. اين پديده به‌دليل جفت‌ شدگي بهتر بين واسطة بهره‌برداري و مدهاي تشديد رخ مي‌دهد.»

از سوي ديگر، اين محققان معتقدند که مي‌توان به برانگيختگي الکتريکي دست پيدا کرد. ليبر افزود:«ما در تلاشيم تا براي دست يافتن به يك ليزر تزريقي، MQW و مدولاسيونِ غلظت‌دهنده را در يک نانوسيم منفرد با يکديگر ادغام کنيم. براي تحقق چنين هدفي بايد بر چند مشکل بنيادي همانند کاهشِ اتلافِ محفظه به‌وسيلة بهينه‌سازي ساختار نانوسيم، فائق آمد.»

وي اظهار داشت که در درازمدت، نمايش موفقيت‌آميز آرايه‌هاي نانوليزر چندرنگِ داراي آستانة پايين با نيروي محرکة الکتريکي(که در تراشه‌هاي الکترونيکي‌ـ‌نوري مجتمعِ ناهمگن کاربرد خواهند داشت) يک مرحلة مهم از پيشرفت خواهد بود.

نتايج اين تحقيق در نشرية Nature Materials به چاپ رسيده‌است.