Лазерный мир

Один из эффектов, используемых при создании лазеров и светодиодов, может работать в «чистых» полупроводниках, что раньше считалось невозможным. Об этом физики из Московского физико-технического института в Долгопрудном сообщают в статье, опубликованной в журнале Semiconductor Science and Technology.

«Если в случае кремния и германия для этого требуются криогенные температуры, что ставит под вопрос ценность этого эффекта, то в таких материалах, как алмаз и нитрид галлия, он может наблюдаться уже при комнатной температуре. Это означает, что данный эффект можно использовать в создании устройств для массового рынка», — рассказывает Дмитрий Федянин, сотрудник МФТИ.

Команда Федянина несколько лет работает над созданием новых источников частиц света, изучая различные экзотические материалы, которые редко используются при изготовлении светодиодов и других излучателей — или не применяются вообще.

Так, два год назад физики превратили алмазы, содержащие примеси атомов других элементов, в своеобразные «фотонные револьверы», способные испускать одиночные частицы света при комнатной температуре. А в 2018-м они использовали материал, применяемый в производстве наждачной бумаги, для разработки сверхбыстрых лазеров, которые помогут в создании сверхбыстрого интернета.

Недавно Федянин и его коллега Игорь Храмцов открыли еще один эффект, делающий алмазы одними из самых перспективных материалов для создания дешевых, компактных или просто крайне мощных полупроводниковых лазеров.

Дело в том, что проникновению алмазов и других «чистых» полупроводников в производство лазеров и светодиодов мешает то, что внутри них присутствует мало электронов и «дырок» — областей с положительным зарядом, чьи взаимодействия порождают частицы света.

Эту проблему, как показали советские и немецкие физики еще полвека назад, можно решить, если использовать не один тип подобных материалов, а своеобразный «сэндвич» из нескольких полупроводников со специально подобранными свойствами. Их взаимодействия приведут к тому, что концентрация одного из типа носителей зарядов в центре «сэндвича» или на границах между его слоями вырастет на несколько порядков.

Феномен, который позже назвали «суперинжекцией», сегодня повсеместно используется для создания полупроводниковых лазеров, применяемых при производстве гаджетов. Ученые считали, что он возникает только при взаимодействиях полупроводников с разным составом.

Это не позволяло создавать мощные твердотельные лазеры на базе «чистого» кремния и других материалов, используемых при «печати» микросхем. Однако российские исследователи доказали, что это не так, просчитав поведение электронов и «дырок» внутри «сэндвича» из алмазных пластинок, насыщенных разными типами примесей.

Оказалось, при достаточном числе «слоев» в этой конструкции и их правильной ширине возникает эффект, аналогичный суперинжекции. В результате концентрация электронов внутри «сэндвича» повышается примерно в 10 тысяч больше, чем считалось возможным. При этом алмазы не только не уступают обычным многослойным светодиодам и лазерам, но и превосходят их почти в сто раз.

Как отмечает пресс-служба МФТИ, открытие физиков позволит создавать ультрафиолетовые светодиоды, которые будут в тысячи раз ярче, чем предсказывалось в расчетах. Их можно будет собирать не только из алмазов, но и других простых сверхпроводников со схожими свойствами, что значительно удешевит их и сделает мощнее.

Источник: https://ria.ru/20190401/1552290342.html