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領先全球-海大、交大攜手研發電漿子奈米雷射

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 國立臺灣海洋大學23日舉辦「領先全球 電漿子奈米雷射」研發成果發表會,由海洋大學機械與機電工程學系林資榕副教授(左)與交通大學光電工程學系盧廷昌教授(右)所組成的研究團隊合作提出了金屬-半導體直接接合的奈米雷射之新結構,創下了世界上最高操作溫度的奈米雷射新紀錄。相關研究成果已經在最新一期的奈米科學標竿期刊《Nano Letters》發表,引起國際間科學界的關注。
 海洋大學表示,半導體雷射與光電元件研發的進展日新月異,尤其將光電元件的尺寸縮小至與積體電路中的電晶體尺寸相匹配,可以大幅改善光積體電路晶片的效能。因此,尋求更快、更低耗能及更微小的光電元件是許多科學家追求的共同目標,也是光電產業競爭重要的關鍵。
 海洋大學林資榕副教授表示,受限於光學繞射極限的關係,將光學元件縮小至次波長等級的體積是一項重大的挑戰。海大與交大組成的研究團隊致力於電漿子奈米半導體雷射等光電領域之研究,已研發出世界上最小模態體積的奈米雷射。相關研究成果也分別登上國際重要期刊《ACS Nano》及《Nature-Scientific Reports》。近期在奈米雷射的研究上有突破性的成果,「高溫操作的單晶鋁電漿奈米雷射(High-Operation-Temperature Plasmonic Nanolasers on Single-Crystalline Aluminum)」創下了最高操作溫度的奈米雷射紀錄。
 林資榕副教授表示,傳統的金屬電漿奈米雷射為了減少金屬引致的歐姆能量損耗,常在金屬與主動層之間鋪設一層氧化物奈米間隙層。然而,此奈米間隙層卻也導致了實驗製程複雜與熱傳導不佳等相關問題。合作團隊研究發現,在特定材料介電係數匹配的情況下,可以捨棄這個間隙層,讓電漿子奈米雷射的表現更甚於具有間隙層傳統結構的奈米元件,並創下世界上最高操作溫度的電漿子奈米雷射新紀錄。
 交通大學盧廷昌教授指出,在實驗中採用林聖迪教授實驗室之分子束磊晶生長高品質單晶鋁,以避免因粗糙表面所引起的散射損耗,有助於奈米雷射的產生。同時,由研究團隊研發的金屬-半導體直接接合雷射的新結構之平均雷射閾值比具有間隙層的傳統結構低了四倍。而且,元件可在單模操作的情況下,適應溫度從傳統的室溫一舉提升到353K(約80℃)的溫度,是目前世界上操作溫度最高的電漿子奈米雷射,讓電漿子奈米雷射能夠更廣泛的在產業上應用。
 盧廷昌教授強調,這項技術不僅簡化傳統的結構,有效降低製作成本,也可以將電漿子奈米雷射的實用性大幅的提升,未來將有助於產業升級,帶動奈米光電、通訊傳輸、醫療、生醫等產業大躍進。
 海大校長張清風說,這次跨校的合作,由海洋大學機械系暨光電所林資榕副教授率領的理論與模擬研究團隊、交通大學光電系盧廷昌教授指導的實驗與量測研究團隊與電子系林聖迪教授的磊晶研究團隊在科技部計畫、教育部邁向頂尖大學計畫及兩校的設備與經費支持下,共同創造出亮麗的研究成果。學生團隊中洪國彬博士、周柏存博士是海大的校友,鍾易成同學、施政宏同學來自海洋大學,而周昱薰同學、吳彥模同學及陳鵬宇同學則是來自交通大學,可以看出海大與交大在教學研究的傑出表現,為國家社會培育優秀的人才。

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