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Compact THz lasers based on graphene quantum dots

Descrizione del progetto

Il grafene potrebbe emettere luce laser nella gamma dei terahertz

Le radiazioni terahertz racchiudono il potenziale per promuovere innovazioni in medicina, biologia, scienza dei materiali e telecomunicazioni, ma il loro impiego è frenato dalla mancanza di fonti potenti compatte. Ad esempio, non esiste un materiale appropriato con una banda proibita sufficientemente corta per lo sviluppo di laser a semiconduttore con emissioni nelle frequenze dei terahertz. Il progetto LEON, finanziato dall’UE, affronta questa lacuna scientifica e tecnologica attraverso nuovi schemi di laser a semiconduttore che integrano materiali a base di grafene. Il grafene potrebbe essere un materiale candidato eccellente per i laser a terahertz grazie alla sua banda proibita «zero». Per sopprimere i meccanismi di ricombinazione non radiativi che potrebbero limitare drasticamente la fattibilità di un laser a terahertz, il progetto sta sfruttando gli stati elettronici discreti nei punti quantici di grafene.

Obiettivo

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.

Meccanismo di finanziamento

ERC-COG - Consolidator Grant

Istituzione ospitante

CENTRE NATIONAL DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE CNRS
Contribution nette de l'UE
€ 1 998 596,00
Indirizzo
RUE MICHEL ANGE 3
75794 Paris
Francia

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Regione
Ile-de-France Ile-de-France Paris
Tipo di attività
Research Organisations
Collegamenti
Costo totale
€ 1 998 596,00

Beneficiari (1)