Российские физики смогли решить проблему создания лазерного излучения дальнего инфракрасного диапазона в полупроводниковых структурах. Для этого они создали квантовые ямы из теллурида кадмия-ртути. Результаты работы опубликованы в журнале ACS Photonics.

В обычном полупроводниковом диодном лазере излучение возникает при рекомбинации — взаимном уничтожении электронов и дырок. Но испускание излучения определенного диапазона — далеко не единственный эффект этого процесса.

Часть энергии при такой рекомбинации может расходоваться на повышение энергии окружающих электронов. Такой процесс «растраты» электрон-дырочных пар в тепло называют оже-рекомбинацией — в честь французского физика Пьера Оже, открывшего этот эффект.

Скорость оже-процесса сильно возрастает в полупроводниках с небольшой шириной запрещенной зоны. Но именно такие материалы нужны для создания лазеров дальнего инфракрасного диапазона. И именно эти лазеры востребованы в исследованиях биологических объектов и задачах газовой спектроскопии.

Исследователи из МФТИ и Института физики микроструктур РАН в Нижнем Новгороде предложили способ обойти этот эффект. Согласно результатам их исследования, оптимальным материалом для лазерных приложений может стать теллурид кадмия-ртути.

Ранее проведенные с этим материалом эксперименты подтвердили возможность создания излучения с длиной волны до 20 микрон. Но расчеты авторов показали, что это не предел, и длину волны излучения можно повысить до 50 микрон. Диапазон длин волн от 30 до 50 микрон является наиболее «запретным» для существующих полупроводниковых лазеров на основе элементов III и V групп таблицы Менделеева из-за сильного самопоглощения. Но и этот негативный эффект — как и оже-рекомбинация — сильно ослаблен в теллуриде ртути, на этот раз из-за большой массы атомов, составляющих кристаллическую решетку. Поэтому исследователи считают новый материал перспективным для использования в лазерных технологиях.