Trong một nỗ lực nhằm nghiên cứu và phát triển các thiết bị cảm biến y sinh học có giá thành thấp, phát triển lĩnh vực tính toán lượng tử cũng như cải thiện tốc độ internet, các nhà khoa học tại ANU (Đại học Quốc gia Úc) trong một báo cáo kết quả nghiên cứu được đăng tải trên tạp chí Nature Communications cho biết họ đã thành công trong việc làm thay đổi tính chất của các vật liệu laser ở kích thước nano bằng việc bổ sung các nguyên tử tạp chất.

Trong thí nghiệm, nhà nghiên cứu Tim Burgess đã bổ sung các nguyên tử kẽm có đường kính chỉ bằng 1/100 so với một sợi tóc của con người và được làm từ gallium arsenide (GaAs) vốn là một loại vật liệu bán dẫn tương tự như silicon, rất thích hợp và được sử dụng rộng rãi trong công nghệ chế tạo chip điện tử, tế bào năng lượng mặt trời, thiết bị điện thoại thông minh và nhiều thiết bị điện tử khác.

Việc bổ sung các nguyên tử tạp chất giúp cải thiện độ sáng của tia laser lên gấp 100 lần.

"Thông thường, người ta không để ý đến những tia sáng phát ra từ các tinh thể nano của gallium arsenide, do đó, bước đầu tiên chúng tôi muốn thực hiện là bổ sung thêm những nguyên tử kẽm với mục đích đơn thuần là nhằm cải thiện tính dẫn điện của vật liệu", Burgess - nghiên cứu sinh tại Khoa Nghiên cứu Vật lý và Kỹ thuật của ANU cho biết. "Chỉ đến khi quan sát và kiểm tra hiện tượng phát xạ ánh sáng, tôi mới nhận ra chúng tôi đã và đang đi đúng hướng".

Trong công nghệ sản xuất tế bào quang điện, thiết bị chuyển đổi năng lượng mặt trời (solar cell), cảm biến (sensor), thiết bị chiếu sáng (đèn LED), thông tin quang bằng laser cũng như các thiết bị điện tử khác, vật liệu bán dẫn GaAs được xem là một trong những vật liệu hàng đầu bởi tính hiệu năng trong quá trình chuyển đổi photon thành năng lượng điện. Tuy nhiên, vật liệu khi ở kích thước nano thì những tính chất của chúng trở nên ưu việt hơn và có nhiều tính chất mới mà chỉ có vật liệu nano mới có, do đó, việc tráng phủ lên bề mặt vật liệu một lớp phủ nano là rất cần thiết, giúp gia tăng cường độ hấp thu ánh sáng, khiến vật trở nên sáng bóng.

Những nghiên cứu được thực hiện trước đó của nhóm chuyên gia ANU cũng đã chỉ ra cách thức nhằm chế tạo ra một lớp phủ vật liệu phù hợp.

“Phát hiện mới là một bước tiến quan trọng, góp phần khắc họa rõ nét hơn thành công của nhóm nghiên cứu thông qua việc cải thiện cường độ của ánh sáng phát ra bên trong cấu trúc nano”, giáo sư Chennupati Jagadish - Khoa Nghiên cứu Khoa học Vật lý, đồng thời cũng là người đứng đầu nghiên cứu cho biết. "Phải nói rằng đây là một phát hiện hết sức thú vị, nó góp phần mở ra những cơ hội mới trong quá trình nghiên cứu những cấu trúc nano khác với hiệu quả phát xạ ánh sáng được tăng cường mà nhờ đó, chúng tôi có thể thu nhỏ hơn nữa kích thước của tia laser”, giáo sư nói.

Burgess nhấn mạnh rằng việc bổ sung các tạp chất vào vật liệu GaAs hay còn gọi là quá trình “doping” được thực hiện không chỉ giúp cải thiện tính chất phát xạ ánh sáng của vật liệu.

Bên cạnh đó, ông cũng cho biết rằng: "Tuổi thọ của các hạt mang trong vật liệu GaAs pha tạp chất thường là vài pico giây, điều này cũng có nghĩa là nó rất thích hợp để sử dụng trong công nghệ sản xuất các linh kiện điện tử tốc độ cao. “Quá trình doping” đã thực sự đem lại hiệu quả trong việc cải thiện hiệu suất phát xạ ánh sáng cho các vật liệu nanolaser".