Nanolaser in wenigen Minuten herstellbar
Internationales Team von Experten legt Basis für eine neue Generation optoelektrischer Chips
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So entstehen aus einem Perowskit-Film viele Nanolaser (Grafik: en.itmo.ru/en) |
St. Petersburg/Wladiwostok/Dallas/Canberra (pte001/15.03.2019/06:00) Forscher der ITMO University http://en.itmo.ru/en , der Far Eastern Federal University http://dvfu.ru/en , der Texas University http://utdallas.edu und der Australian National University http://anu.edu.au haben eine schnelle Produktionstechnik für Nanolaser auf Basis eines Perowskit-Films entwickelt. Derartige Laser werden etwa für optische Chips benötigt, die die Datenverarbeitung in der nächsten Generation deutlich beschleunigen.
Billig und weniger komplex
Dank des neuen Ansatzes dauert es nur wenige Minuten, bis der eingesetzte Laser Millionen Nanolaser hergestellt hat. Sie sehen aus wie kleine Scheiben und arbeiten bei Raumtemperatur. Und sie haben noch eine weitere erfreuliche Eigenschaft: Ihre Wellenlänge lässt sich zwischen 550 und 800 Nanometer einstellen. Die hohe Produktionsgeschwindigkeit und die gute Reproduzierbarkeit - ein Nanolaser ist so gut wie der andere - lassen eine industrielle Produktion zu.
Die Experten haben damit ein Problem gelöst: Das Ausgangsmaterial war bislang instabil und die Herstellungsmethoden komplex und teuer. Die neue Produktionsweise beginnt mit der Herstellung eines Perowskit-Films, der gerade einmal ein halbes Tausendstel Millimeter dick ist. Perowskit ist ein natürlich vorkommendes Mineral, das auch synthetisch hergestellt werden kann. Es hat optoelektrische Eigenschaften, die es beispielsweise für die Herstellung von Solarzellen prädestiniert. Der Perowskit-Film wird einem kreisförmigen Laserstrahl ausgesetzt, der gepulst ist. Im Zentrum ist die Energie des Strahls gering, am Rand hoch. Die Nanolaser werden von dem Strahl ausgestochen wie Plätzchen aus einem flach ausgerollten Teig.
Wellenlänge ist abänderbar
"Diese Rundlinge senden spontan Licht aus, das eingefangen, verstärkt und in einen kohärenten Strahl verwandelt werden kann", sagt Sergey Makarov, Leiter des ITMO-Instituts für hybride Nanophotonik und Optoelektronik. Durch eine Veränderung des Perowskit-Films lasse sich die Wellenlänge verändern. Die ITMO-Forscher hatten zuvor versucht, Nanolaser mithilfe chemischer Verfahren herzustellen. Das gelang und verbesserte die Produktionszeit. Doch der Prozess ließ sich nicht ausreichend kontrollieren. Beim Laserverfahren ist das gesichert. Und die Zeit für die Herstellung konnte noch einmal deutlich unterboten werden.
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