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NIM nanosystems initiative munich
Meldung

Friday, 17 January, 2014

Lasers from nanowires

The world´s smallest laser

The smallest lasers in the world are about ten times thinner than a spider's thread. They consist of a perfect crystalline semiconductor nanowire, which after excitation emits light with a defined wavelength. What has been possible for light in the UV and visible spectrum could now be realized for the infrared range by NIM scientists.

Die Professoren Jonathan Finley und Gerhard Abstreiter sind mit ihrem Team spezialisiert auf das Wachstum und die Charakterisierung der komplexen Nanodrähte, die wie in einer Art Kern und Hülle aus unterschiedlichen Halbleitermaterialien bestehen. Die Physiker vom Walter-Schottky-Institut (TU München) präsentierten jetzt in der Zeitschrift Nature Communications erstmals ein Material, das aufgrund einer passende Bandlücke Licht im nahen Infrarot (IR) emittiert. Das Ganze funktioniert bei Raumtemperatur, was die Forschung und vor allem eine mögliche spätere Anwendung enorm erleichtert.

Vom Licht zu Daten und zurück

Nanodrahtlaser sind interessant für Anwendungen in der Optoelektronik, also der Umwandlung von Licht in elektronische Daten und umgekehrt. Durch ihre geringe Größe und den eindimensionalen Charakter haben sie das Potential, schneller, effizienter und temperaturstabiler zu sein als andere Systeme. Wenn die Wissenschaftler für die Laser nun auch Infrarotstrahlung einsetzen können, hat das einen großen Vorteil: Mit diesen Wellenlängen gehen deutlich weniger Informationen verloren gehen als im sichtbaren Bereich.

Konkret könnten die Nanodrahtlaser eingesetzt werden für optische Verschaltungen auf Mikrochips, als optische Transistoren zur Beschleunigung von Rechnern, in Glasfasernetzen und für Laser-Arrays mit lenkbarem Strahl. Zudem sind die Laser so klein, dass sie beispielsweise in biologische Zellen eindringen können und dadurch in der Umwelt- und Biosensorik Anwendung finden.

Einwandfreies Wachstum

Für die Produktion ist von Vorteil, dass Nanodrähte weitestgehend fehlerfrei direkt auf Siliziumchips anwachsen. Außerdem, so Finley, ist ihre Geometrie wesentlich weniger anfällig für Kristallgitterfehler als in sonst üblichen Dünnschichtprozessen. So können die Wissenschaftler Materialen verbinden, die sich normalerweise nicht kombinieren lassen.

Der nächste Schritt der Wissenschaftler ist es, die physikalischen Phänomene rund um Nanodrähte besser zu verstehen. Langfristig steht auf ihrer Wunschliste, aus dem optischen einen elektrisch gepumpten Nanodrahtlaser zu entwickeln, seine Leistung zu optimieren und in die Siliziumphotonik zu integrieren.

„Zurzeit gibt es nur sehr wenige Laboratorien, die Nanodrähte mit der erforderlichen Präzision erzeugen können“, sagt Koautor Prof. Gerhard Abstreiter, Direktor des TUM-Institute for Advanced Study. „Doch unsere Verfahren und Designs sind mit den industriellen Produktionsmethoden für Computer- und Kommunikationstechnologie kompatibel. Die Erfahrung hat gelehrt, dass die bahnbrechenden Experimente von heute in kommerziell verwertbaren Techniken  von morgen münden können und dies oft auch tun“.


In Nano Letters veröffentlichten die Wissenschaftler weitergehende Ergebnisse über verbesserte optische und elektronische Leistungen des Systems.

 

Publikation:

Lasing from individual GaAs-AlGaAs core-shell nanowires up to room temperature.
Benedikt Mayer, Daniel Rudolph, Joscha Schnell, Stefanie Morkötter, Julia Winnerl, Julian Treu, Kai Müller, Gregor Bracher, Gerhard Abstreiter, Gregor Koblmüller, Jonathan J. Finley
.
Nature Communications 4, Article number: 2931. Published online: 5 December 2013.

 

Kontakt:

Prof. Dr. Jonathan Finley

Chair for Semiconductor Quantum Nanosystems (E24)
Walter Schottky Institut
Technische Universität München
Am Coulombwall 4
D-85748 Garching

Mail: jonathan.finley(at)wsi.tum.de
Tel: +49-(0)89-28912770

 

 

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