Publié le 21 décembre 2025 16:56:00. Des chercheurs du Laboratoire national de Los Alamos ont franchi une étape décisive dans le développement de lasers à points quantiques, ouvrant la voie à des dispositifs photoniques plus compacts, plus efficaces et moins gourmands en énergie.
- Une nouvelle méthode permet de créer des lasers à points quantiques fonctionnant en continu avec une faible consommation d’énergie.
- Cette avancée repose sur une nouvelle classe de points quantiques, les hétérostructures de type (I+II), qui améliorent significativement les performances laser.
- Ces lasers pourraient être intégrés dans des puces photoniques, des interconnexions optiques et des systèmes de détection.
Une percée technologique majeure vient de se produire dans le domaine de la photonique. Des scientifiques du Laboratoire national de Los Alamos ont réussi à démontrer un laser à onde continue (CW) à faible seuil, utilisant des points quantiques colloïdaux traités en solution. Cette réalisation, publiée dans la revue Nature Photonics, pourrait accélérer le développement de lasers à points quantiques pratiques pour une variété d’applications.
« Ce travail représente une étape technique importante qui fait progresser de manière significative ce qui peut être réalisé avec des nanomatériaux traités en solution », explique Victor Klimov, chef de l’équipe de nanotechnologie et de spectroscopie avancée et chercheur principal du projet.
« Nous pouvons désormais imaginer de manière réaliste des lasers à points quantiques qui fonctionnent en continu, efficacement et sur une large gamme de couleurs, ouvrant la voie à des applications photoniques transformatrices. »
Victor Klimov, chef de l’équipe de nanotechnologie et de spectroscopie avancée
Les points quantiques colloïdaux – de minuscules nanocristaux semi-conducteurs synthétisés en milieu liquide – sont étudiés depuis plus de trente ans comme sources de lumière prometteuses et accordables. Cependant, la création d’un laser CW stable s’est avérée difficile en raison des intensités optiques élevées nécessaires, qui entraînent une surchauffe et une dégradation rapide des matériaux. L’équipe de Los Alamos a surmonté ces obstacles en concevant une nouvelle génération de points quantiques, appelés hétérostructures de type (I+II). Ces structures combinent les propriétés des nanostructures spatialement directes et indirectes au sein d’un seul nanocristal.
Les chercheurs ont constaté que les lasers utilisant ces points quantiques de type (I+II) fonctionnent avec des seuils de puissance significativement plus bas que les lasers à points quantiques CW précédents. « C’est la première fois qu’un système colloïdal traité en solution atteint un seuil aussi bas sous excitation continue, tout en maintenant des performances laser stables », précise Donghyo Hahm, auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral à Los Alamos.
La performance exceptionnelle de ces points quantiques de type (I+II) est due à leur structure électronique hybride directe/indirecte unique. Un exciton (une paire électron-trou) réside dans une configuration directe, permettant une émission de lumière efficace, tandis qu’un autre exciton reste spatialement séparé, dans une configuration indirecte, stabilisant l’état multiporteur et prolongeant le gain optique.
Au-delà du laser CW, l’équipe a également démontré la polyvalence de ces points quantiques de type (I+II) en les intégrant dans deux autres architectures de dispositifs : un dispositif basé sur une cavité électroluminescente entièrement empilée, qui représente un prototype de diode laser à points quantiques, et un laser à microdisque sur puce. Ces résultats démontrent une plateforme de matériaux unifiée capable de supporter diverses applications laser, du fonctionnement continu au fonctionnement pulsé ultrarapide, en utilisant la même conception de points quantiques.
« Ce travail représente un pas en avant significatif pour les nanomatériaux colloïdaux », souligne Valerio Pinchetti, chercheur postdoctoral et expert en spectroscopie à Los Alamos.
« En préparant l’utilisation de points quantiques traités en solution dans des conditions de faible consommation, nous comblons le fossé entre les démonstrations en laboratoire et les technologies photoniques évolutives. »
Valerio Pinchetti, chercheur postdoctoral
La possibilité de réaliser un laser CW avec des diodes laser simples et peu coûteuses comme source d’excitation ouvre la voie à une nouvelle génération de sources lumineuses à points quantiques compactes, accordables et économes en énergie. Ces sources pourraient être intégrées dans des puces photoniques, des interconnexions optiques ou des plateformes de détection, dans des situations où les lasers à semi-conducteurs traditionnels de haute puissance ou fabriqués sous vide ne sont pas adaptés.
Publication : « Laser à faible seuil à partir de points quantiques colloïdaux sous excitation à ondes quasi continues », Nature Photonics (2025).
Financement : Soutenu par le programme de recherche et développement dirigé par le laboratoire (LDRD) du Laboratoire national de Los Alamos.
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