Projektbeschreibung
Graphen könnte Laserlicht im Terahertzbereich emittieren
Mit Strahlung im Terahertzbereich lassen sich Innovationen in der Medizin, der Biologie, den Werkstoffwissenschaft und der Telekommunikation voranbringen, aber ihr Einsatz wird noch gebremst, da es an kompakten, leistungsstarken Quellen mangelt. Beispielsweise stehen für die Entwicklung von Halbleiterlasern, die Strahlung bei Terahertzfrequenzen emittieren, keine geeigneten Werkstoffe mit ausreichend kleiner Bandlücke zu Verfügung. Das EU-finanzierte Projekt LEON geht diese wissenschaftliche und technische Lücke mit neuen Halbleiterlasersystemen an, in die Materialien auf Graphenbasis integriert werden. Graphen ist aufgrund seiner fehlenden Bandlücke ein exzellenter potenzieller Kandidat für ein Terahertzlasermaterial. Um nichtstrahlende, die Realisierbarkeit eines Terahertzlasers möglicherweise drastisch einschränkende Rekombinationsmechanismen zu unterdrücken, nutzt das Projekt die in Graphen-Quantenpunkten vorherrschenden diskreten elektronischen Zustände aus.
Ziel
The ambition of this project is to open new horizons in the field of graphene-based devices for THz technology. The major objective is to develop compact THz amplifiers and lasers operating at room temperature, analogous to the concept of semiconductor lasers in the visible and telecom wavelength range.
THz radiation is extremely attractive for fundamental investigations of matter and emerging applications including, for example, security screening, medical imaging and spectroscopy. However, the THz spectral range remains one of the least exploited spectral regions, mainly due to the lack of compact powerful sources. The development of the typical semiconductor-laser scheme emitting at THz frequencies has been seriously hampered by the absence of an appropriate material with a sufficiently small bandgap. The LEON project addresses this technological and scientific blocking point with new semiconductor-laser schemes for THz emission centered on the integration of graphene-based materials.
Indeed, graphene is potentially an excellent candidate for a THz semiconductor-laser model owing to its ‘zero’ bandgap. However, non-radiative recombination mechanisms, especially Auger recombination, reduce the lifetime of the optical gain to few hundreds of femtoseconds. This phenomenon drastically limits the feasibility of a THz laser. In order to suppress these detrimental non-radiative processes, a new concept is needed. The project proposes to exploit the full discretization of electronic states in graphene quantum dots. This high-risk high-gain project will provide important and far-reaching scientific advances, which cannot be achieved with the current state-of-the-art approaches.
This project has three major cornerstones: i) the demonstration of THz amplifiers based on graphene quantum dots, ii) the demonstration of THz lasers based on graphene quantum dots in a microcavity, iii) the exploitation of these THz amplifiers/lasers for security and communication applications.
Wissenschaftliches Gebiet
- engineering and technologynanotechnologynano-materialstwo-dimensional nanostructuresgraphene
- natural sciencesphysical scienceselectromagnetism and electronicssemiconductivity
- engineering and technologymedical engineeringdiagnostic imaging
- natural sciencesphysical sciencesopticslaser physics
- natural sciencesphysical sciencesopticsspectroscopy
Programm/Programme
Thema/Themen
Finanzierungsplan
ERC-COG - Consolidator GrantGastgebende Einrichtung
75794 Paris
Frankreich