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2021-06-16
以電為能源、可在室溫下操作的納米激光器經過長期的基礎研究之后，首次驗證成功。
由空軍科學研究辦公室和DARPA資助，寧春正（音譯）博士及其團隊在亞利桑那州立大學完成了保持該項工作未偏離摩爾定律的一些關鍵解決方案。
摩爾定律預言，在很長一段時期內，集成電路上可容納的晶體管數目，約每2年便會增加一倍。隨著元器件小型化、運算速度更快，縮小激光器尺寸對于使光子與電子器件結合至關重要。通過在同樣的空間內置入更多的激光器，可獲得更快的處理速度——從而為下一代計算機的問世提供的了可能。
本次突破前的相關研究是由較強的光源進行泵浦，而非使用電注入式。由光泵浦的納米激光器可容易地在室溫下工作，但在實際應用中會遇到一個問題——它不能由電流進行激勵。因此，對于電子方面的應用并非解決方案。道理很簡單，因為無論你怎樣通過納米激光器節省空間，要靠埋入一個額外的光源對納米激光器進行泵浦，都是不現實的。
寧博士指出，能在室溫下操作的納米激光器在電子及光子技術領域是非常有用的，它無需冷卻系統，可由簡單的電池激勵而代替了由其他激光源進行泵浦，而且可以連續不斷地發射光。
以往由電流激勵的納米激光器實驗均告失敗，這主要是由于過熱造成的，由寧博士領導的團隊所做的嘗試也證明了這一點，這是由激光器厚度造成的。
寧博士最新研究方法采用了同樣的磷化銦/砷化鎵銦/磷化銦矩形鐵心以及同樣的氮化硅絕緣層——與以前同樣的方式被封裝進一個鍍銀殼體內，由于過熱這一方法宣告失敗。當研究團隊精確控制制作過程并調整氮化硅層的厚度時，散熱加快，從而保持納米激光器能連續工作。
在亞利桑那州立大學發布的新聞中，寧博士指出：“根據基本科學原理，它首次表明對于在室溫下使用的電注入式金屬腔納米激光器來說，金屬的加熱減量不是一個不能克服的障礙；對于長期使用的納米激光器來講，這一結論是否適用尚不得而知。”
從基礎研究中獲得的重要結論是這一突破是寧教授及其同事近七年來研究工作的頂點，但他們并未在這一點上停留，因為寧博士又打算在其成功的基礎上繼續邁出重要的兩步：將其用于硅基光波導以實現100GHz高速調制，但最終是將納米激光器用于芯片上的光子系統。
負責資助寧博士項目的空軍科學研究辦公室官員Gernot Pomrenke博士表示，因為解決了熱的問題以及金屬在這種納米結構中的作用，寧博士的成功將對未來納米激光器的發展具有重要影響，根本解決這一困難問題，為各種光子和電子微納器件的綜合化實際應用鋪平了道路。
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