Лазер на основе нанопроводов может существенно повысить плотность хранения информации

На сегодняшний день полупроводниковый лазер находит множество полезных применений от чистки воды до чтения CD и DVD дисков. Но теперь сферу их применения можно даже расширить, благодаря исследованиям ученых из США, разработавших новый тип устройства, которые может дать большую мощность излучения при меньших габаритах и более низкой стоимости производства. Данная технология может привести к тому, что музыкальный CD-диск будет хранить не 1 альбом (как сейчас), а 6 часов музыки, а также к новому способу зондирования одной единственной биологической клетки.

Объем информации, записанный на компакт-диске, зависит от того, насколько плотно можно «вырезать» дорожки на его поверхности. Кроме того, информацию должен иметь возможность прочесть другой лазер. Оба этих ограничения связаны с так называемым дифракционным пределом (фундаментальным ограничением для волнового излучения), равным примерно половине длины волны данного излучения.

Таким образом, чтобы разместить больше информации на той же площади диска, требуется уменьшить этот дифракционный предел, т.к. можно использовать лазер, работающий в коротковолновом диапазоне. Аудио-проигрыватель для компакт-дисков использует ближний ИК-диапазон (780 нм); DVD использует красный лазер с длиной волны 657 нм, а Blu-ray работает в фиолетовом диапазоне на длине волны 405 нм.

Очевидно, что следующий шаг в уплотнении должен привести в ультрафиолетовую область, но с созданием такого устройства были связаны определенные трудности.

Полупроводниковый лазер должен содержать в себе p-n переход между двумя областями с избытком положительных и отрицательных свободных носителей тока. Если приложить внешнее напряжение, то эти свободные заряды движутся навстречу друг другу и рекомбинируют, формируя световую волну. Длина волны излучения зависит от используемого полупроводника. Ранее нитрид галлия считался лучшим кандидатом на роль основы для ультрафиолетового лазера, но с его помощью нельзя создать эффективный лазер, работающий при комнатной температуре, т.к. в этом веществе при рекомбинации электронов и дырок выделяется слишком много тепла.

Решение предложили ученые из University of California (США). Вместо нитрида галлия они использовали оксид цинка.

В оксиде цинка достаточно легко создать n-область, но основная проблема заключалась в формировании p-области. Исследования показали, что эту задачу решает включение в оксид цинка небольшого числа атомов сурьмы. Таким образом, трудности свелись к производству монокристаллов оксида цинка, содержащих в себе одновременно и n, и p-области, так что бы электроны могли свободно перемещаться между этими областями.

В качестве решения проблемы ученые предложили использовать кристаллы чистого оксида цинка в виде тонких пленок, на которых выращиваются длинные тонкие кристаллы цинка с дополнительными атомами сурьмы. Длина этих «дополнительных» кристаллов – порядка 3 мкм, а толщина – около 200 нм.

В случае такого соединения кристаллов, они оказываются слиты воедино. Тесты показали, что созданное устройство действительно работает достаточно эффективно в роли ультрафиолетового лазера с длиной волны около 385 нм.

Определенно, технология должна получить дальнейшее развитие. Правда, на данный момент все еще существуют проблемы с массовым изготовлением таких сложных «монокристаллов».

Подробные результаты работы были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Источник(и):

1. nanotechweb.org

2. DailyTechInfo