Russische natuurkundigen waren in staat om het probleem op te lossen van het creëren van ver-infrarood laserstraling in halfgeleiderstructuren. Om dit te doen, creëerden ze kwantumputten uit cadmium-kwiktelluride. De resultaten zijn gepubliceerd in het tijdschrift ACS Photonics.
In een conventionele halfgeleiderdiodelaser vindt straling plaats tijdens recombinatie - de wederzijdse annihilatie van elektronen en gaten. Maar de emissie van straling met een bepaald bereik is verre van het enige effect van dit proces.
Een deel van de energie tijdens een dergelijke recombinatie kan worden besteed aan het verhogen van de energie van de omringende elektronen. Dit proces van "verspilling" van elektron-gatparen in warmte wordt Auger-recombinatie genoemd - ter ere van de Franse natuurkundige Pierre Auger, die dit effect ontdekte.
De snelheid van het Auger-proces neemt sterk toe in halfgeleiders met een kleine bandafstand. Maar het zijn deze materialen die nodig zijn om ver-infraroodlasers te maken. En het zijn deze lasers waar veel vraag naar is in studies van biologische objecten en problemen met gasspectroscopie.
Onderzoekers van het Moscow Institute of Physics and Technology en het Institute of Physics of Microstructures van de Russian Academy of Sciences in Nizhny Novgorod hebben een manier voorgesteld om dit effect te omzeilen. Volgens de resultaten van hun onderzoek kan cadmiumkwiktelluride het optimale materiaal worden voor lasertoepassingen.
Eerdere experimenten met dit materiaal hebben de mogelijkheid bevestigd om straling te creëren met een golflengte tot 20 micron. Maar de berekeningen van de auteurs hebben aangetoond dat dit niet de limiet is en dat de stralingsgolflengte kan worden vergroot tot 50 micron. Het golflengtebereik van 30 tot 50 micron is het meest "verboden" voor bestaande halfgeleiderlasers op basis van elementen uit de groepen III en V van het periodiek systeem vanwege de sterke zelfabsorptie. Maar dit negatieve effect wordt - net als Auger-recombinatie - sterk verzwakt in kwiktelluride, dit keer vanwege de grote massa atomen waaruit het kristalrooster bestaat. Daarom beschouwen onderzoekers het nieuwe materiaal als veelbelovend voor gebruik in lasertechnologieën.
Auteur: Nikita Shevtsev
