Yarı iletken optoelektroniğinde onlarca yıldır çözüm bekleyen kritik bir sorun, Rus araştırmacıların öncülük ettiği uluslararası bir ekip tarafından sonunda aşıldı. Skoltech, ITMO Üniversitesi ve HSE Üniversitesi'nin iş birliğiyle gerçekleştirilen çalışma, çözelti işlemli halojenür perovskit mikrokristali tabanlı bir polariton lazerin ilk kez doğrudan elektrikle uyarılmasını mümkün kıldı. Sonuçlar, prestijli Nature dergisinde yayımlandı.
Polaritonlar, ışık parçacıkları olan fotonlar ile yarı iletken malzemedeki elektronik uyarımların (eksitonların) birbirine kuvvetle bağlandığında ortaya çıkan melez kuantum varlıklardır. Bu özellik sayesinde polariton lazerleri, klasik lazerlere göre çok daha düşük enerji eşiklerinde çalışabilir. Teorik olarak son derece cazip olan bu özellik, pratik uygulamalarda büyük bir engelle karşılaşıyordu: Polariton lazer sistemlerini elektrikle doğrudan uyarmak teknik açıdan son derece zordu ve bu sorun uzun yıllar boyunca çözüme kavuşturulamamıştı.
Araştırma ekibi bu problemi, halojenür perovskit adı verilen malzeme sınıfını kullanarak çözdü. Perovskitler, geleneksel yarı iletken lazer üretiminde kullanılan pahalı ve karmaşık epitaksiyal büyütme tekniklerine gerek kalmadan, basit çözelti yöntemleriyle işlenebilen malzemelerdir. Bu özellik, üretim maliyetini önemli ölçüde düşürüyor.
Geliştirilen sistemde perovskit mikrokristaller, lazer diyot yapısının kalbi olarak işlev görüyor ve sürekli elektrik akımı altında kararlı biçimde çalışabiliyor. Bu, yalnızca kısa ışık darbeleriyle uyarılabilen önceki polariton lazer denemelerinin ötesine geçen önemli bir adım.
Çalışmanın potansiyel uygulama alanları oldukça geniş: Gaz algılama ve madde tanımlama gibi optik sensör uygulamaları, hassas spektroskopi sistemleri, ışık tabanlı yüksek hızlı veri işleme ve özellikle biyolojik sinir ağlarından ilham alan nöromorifik hesaplama mimarileri bu alanların başında geliyor. Nöromorifik sistemler, geleneksel işlemcilere kıyasla çok daha az enerji tüketerek karmaşık işlemleri gerçekleştirebilmesiyle öne çıkıyor.
Araştırmacılar, bu gelişmenin ucuz ve yaygın üretilebilir lazer diyotların önünü açtığını vurguluyor. Perovskit malzemelerin kolay işlenebilirliği ve düşük maliyeti göz önünde bulundurulduğunda, bu çalışma laboratuvar başarısından endüstriyel uygulamaya geçiş sürecini hızlandırabilecek nitelikte görünüyor.