Primer láser semiconductor de germanio y estaño.

Esquema del láser de germanio-estaño (GeSn), aplicado directamente sobre la oblea de silicio (azul) mediante el uso en la capa intermedia de germanio puro (naranja). / © Forschungszentrum Jülich


Científicos del Centro de Investigación de Jülich (Alemania) y el Instituto Paul Scherrer (Suiza), en colaboración con socios de la Universidad de Vigo y otros centros europeos, acaban de presentar el primer láser semiconductor compuesto exclusivamente por elementos del grupo 14 de la tabla periódica, en concreto de germanio (Ge) y estaño (Sn).

Esto facilita que el avance se pueda aplicar directamente en los chips de silicio (Si), un elemento del mismo grupo químico, sentando así las bases de una nueva forma de transmisión de datos en los chips de computadoras vía luz. Esta transferencia es más rápida que la de los cables de cobre tradicionales y requiere menos energía.

“Se trata del primer láser basado en aleaciones de germanio y estaño y abre el camino hacia nuevos dispositivos ópticos con unas características sin precedentes”, resalta Stefano Chiussi, científico de la Universidad de Vigo y coautor de este trabajo, que publica la revista Nature Photonics.

Entre los diferentes tipos de láser que existen, la investigación se centra en los más pequeños, los fabricados con minúsculas capas semiconductoras que se pueden comportar como conductoras o aislantes, dependiendo de las condiciones que les sean aplicadas.

“Nuestro objetivo es crear nuevos materiales semiconductores basados en estas aleaciones de germanio y estaño. Su avance fundamental es que tienen una ‘banda prohibida de energía directa’, lo que quiere decir que permiten una emisión y detección de luz extremadamente eficiente”, explica el investigador. En microelectrónica, esto hace posible aumentar considerablemente la transmisión de datos y la eficiencia energética de una gran variedad de circuitos integrados y sensores.

Bajo coste para aplicaciones en telecomunicaciones y medicina

Otra de la ventajas de esta tecnología láser es su precio reducido, un factor con importantes repercusiones en el campo de la microelectrónica. “La transmisión óptica mediante fibras es ya una realidad en redes de telecomunicación, pero lo que faltaba era un láser de bajo coste que fuese perfectamente integrable en las líneas de producción de dispositivos y circuitos integrados. Esto es lo que nosotros acabamos de demostrar”, subraya Chiussi.

Además, el científico destaca otras aplicaciones del nuevo sistema: “Dado que la longitud de onda emitida que consigue este láser es de 3.000 nanómetros –en el umbral entre el rango de infrarrojo cercano y el mediano–, tiene utilidad en sensores de contaminación y de microorganismos, así como en biosensores para los diagnósticos rápidos en telemedicina usando dispositivos portátiles”.

Los biosensores son muy útiles en el diagnóstico de patologías mediante la detección de alteraciones relacionadas con ciertas sustancias, bien porque se encuentren en exceso, como la glucosa, o porque sean anómalas, como las células cancerígenas. La fabricación del láser permitirá ahora ir perfeccionando esta técnica diagnóstica y otras de última generación, con la ventaja añadida de tener costes reducidos.

Referencia bibliográfica:

S. Wirths, R. Geiger, N. von den Driesch, G. Mussler, T. Stoica, S. Mantl, Z. Ikonic, M. Luysberg, S. Chiussi, J. M. Hartmann, H. Sigg, J. Faist, D. Buca, D. Grützmacher. “Lasing in direct-bandgap GeSn alloy grown on Si”. Nature Photonics, enero de 2015. (Este artículo es la primera publicación de referencia registrada por la Red Gallega de Biomateriales, constituida en diciembre de 2014 en el marco del Programa de Consolidación de Unidades de Investigación Competitivas del Sistema Universitario de Galicia promovido por la Xunta de Galicia).

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