Luce dal silicio

La dimostrazione dell’elettroluminescenza a frequenze terahertz da un dispositivo a base di silicio e germanio rappresenta un significativo passo avanti verso l’ambito traguardo di un laser a base di silicio

Roma, 9 marzo 2021 - Un team internazionale guidato da ricercatori dell'Università degli Studi Roma Tre ha dimostrato per la prima volta emissione di luce THz dalla banda di conduzione di strutture quantistiche realizzate in germanio e silicio, i materiali che sono alla base della maggior parte dei dispositivi elettronici di uso comune.

Il risultato è stato pubblicato sulle Applied Physics Letters nel numero dell’8 marzo [1], ed è stato selezionato come “Editor’s pick” dal comitato di redazione dell’importante rivista internazionale.
“Questo risultato è il primo credibile passo verso la realizzazione di un nuovo tipo di laser a cascata quantica (QCL) per l’emissione di luce THz e che potrebbe essere realizzato a basso costo utilizzando i processi di fabbricazione dei comuni dispositivi microelettronici” afferma la Prof.ssa Monica De Seta del Dipartimento di Scienze di Roma Tre, che coordina il consorzio del progetto europeo FLASH [2], al quale partecipano anche il Politecnico di Zurigo ETH (CH), l’Università di Glasgow (UK), l’Istituto per l’elettronica ad alte prestazioni IHP di Frankfurt Oder (D),  la start-up NextNano di Monaco di Baviera (D), con il contributo di ricercatori delle università La Sapienza di Roma e di Pisa.

“La luce THz ha energia compresa tra quella delle microonde e l’infrarosso e ha delle caratteristiche peculiari, quali la capacità di penetrare attraverso molti materiali opachi nel visibile, come carta e tessuti e di non essere ionizzante e, dunque, di non danneggiare la materia vivente. Inoltre, il fatto che molte molecole biologiche e composti chimici alla base di materiali complessi, quali esplosivi e sostanze stupefacenti, possiedano “impronte digitali” uniche in questo intervallo spettrale, rende la luce THz estremamente interessante dal punto di vista applicativo” continua la Prof.ssa De Seta.

 “Questo importante risultato e` stato reso possibile dai progressi che abbiamo compiuto nella capacità di controllare la deposizione delle superstrutture quantistiche alla base del dispositivo. In pratica, è stato necessario alternare centinaia di strati di differente composizione chimica, spessi solo qualche miliardesimo di metro, con un controllo a livello del singolo atomo. Altrimenti non si possono ottenere le condizioni di cascata quantistica che sono necessarie all’emissione THz nel nostro dispositivo emettitore di luce” commentano il  Dott. Luca Persichetti e la Prof.ssa Luciana Di Gaspare, che si sono occupati della realizzazione del materiale nel laboratorio di Scienza e Tecnologia dei Semiconduttori del Dipartimento di Scienze dell'Università degli studi Roma Tre e della sua caratterizzazione ottica nel THz.

“Il laser che stiamo sviluppando potrebbe rappresentare una svolta decisiva nell’uso della tecnologia THz su larga scala in vari settori strategici come la diagnostica medica, gli scanner aeroportuali e nel monitoraggio di qualità nella produzione industriale. Tutte queste applicazioni sono infatti limitate proprio dall’assenza di emettitori di luce THz compatti ed economici” osserva il Prof. Giovanni Capellini, responsabile della caratterizzazione strutturale dei materiali.

Per ulteriori informazioni si invita a visitare il sito web del progetto europeo FLASH [2] o a contattare la Prof. Monica De Seta (Link identifier #identifier__170767-1monica.deseta@uniroma3.it)
 
 
[1] D. Stark et al. “THz intersubband electroluminescence from n-type Ge/SiGe quantum cascade structures”, Applied Physics Letters 118, 101101 (2021), Link identifier #identifier__38881-2https://doi.org/10.1063/5.0041327
 
[2] Horizon 2020 FET-Open project FLASH (G.A. 766719) Link identifier #identifier__94883-3https://www.flash-project.eu/
 
DESCRIZIONE FOTO: A sinistra vediamo l’intensità luminosa emessa nella regione THz. A destra, una microscopia elettronica della struttura di strati alternate di Ge e lega SiGe alla base del dispositivo. L’accuratezza a livello atomico dei vari strati può essere osservata nell’ingrandimento mostrato al centro.