Nagoya Üniversitesi Sürdürülebilir Malzeme ve Sistemler Enstitüsü’nde ( Institute of Materials and Systems for Sustainability) (IMaSS), 2014 Nobel ödüllü Hiroshi Amano yönetimindeki bir araştırma ekibi, Asahi Kasei Corporation ile işbirliği yaptılar.
Yapılan işbirliği ile dünyanın ilk derin morötesi lazer diyodunun (dalga boyları UV-C bölgesine kadar) oda sıcaklığında sürekli dalga lazerini başarıyla gerçekleştirdi.
Applied Physics Letters’da yayınlanan bu bulgular, sterilizasyon ve tıp gibi çok sayıda kullanım potansiyeli olan bir teknolojinin genel kullanımına yönelik önemli bir adımı işaret ediyor.
1960’larda piyasaya sürülmelerinden bu yana onlarca yıl süren araştırma ve geliştirme çalışmaları yapılmıştır.
Bu çalışmaların ardından, lazer diyotlar (LD’ler) nihayet kızılötesinden mavi-mor renge kadar uzanan dalga boylarına sahip çeşitli uygulamalar için başarıyla ticarileştirilmiştir. Bu teknolojinin örnekleri arasında mavi-mor LD’ler kullanan Blu-ray diskler ve kızılötesi LD’ler kullanan optik iletişim cihazları yer almaktadır.
Ancak, dünyanın dört bir yanından araştırma ekiplerinin çabalarına rağmen hiç kimse derin ultraviyole LD’ler oluşturamadı. 2007’den sonra, UV ışık yayan cihazlar için alüminyum galyum nitrür (AlGaN) film üretmek için mükemmel bir malzeme olan alüminyum nitrür (AlN) alt tabakalar oluşturma teknolojisi ortaya çıktı.
Profesör Amano’nun araştırma ekibi, 2 inç AlN substrat tedarikçisi Asahi Kasei ile ortaklaşa olarak 2017 yılında derin ultraviyole LD üzerinde çalışmaya başladı. UV-C lazer diyotlarının geliştirilmesi başlangıçta durduruldu. Çünkü cihaza yeterli akım beslemek çok zordu.
Ancak 2019’da çalışma ekibi bu sorunu başarıyla çözmek için polarizasyon kaynaklı bir doping yaklaşımı kullandı. Çalışmak için kısa akım darbeleri kullanan ilk kez kısa dalga boylu bir UV-C LD oluşturdular. Ancak, bu akım darbeleri 5,2 W giriş gücü gerektiriyordu. Bu güç, diyotun kısa sürede ısınmasına ve sürekli dalga ışımasını engelleyecek şekilde ışımayı durdurmasına neden olacağından çok yüksekti.
Cihazın yapısı yakın zamanda Nagoya Üniversitesi ve Asahi Kasei’den bilim insanları tarafından değiştirilerek lazerin ortam sıcaklığında sadece 1.1W’ta çalışması için gereken itici güç azaltıldı. Daha önceki cihazlar, lazer şeridinde meydana gelen kristal kusurları nedeniyle verimli akım yolları sağlayamadığından, çalışmak için çok fazla güce ihtiyaç duydukları keşfedildi. Ancak, araştırmacılar bu araştırmada bu kusurlara neden olan şeyin güçlü kristal gerilimi olduğunu keşfettiler.
Kusurları başarılı bir şekilde bastırarak lazer diyotun aktif bölgesine etkili akım akışı sağladılar ve lazer şeridinin yan duvarlarını yaratıcı bir şekilde uyarlayarak çalışma gücünü düşürdüler.
Nagoya Üniversitesi’nde bir endüstri-akademik işbirliği platformu olan Geleceğin Elektroniği Entegre Araştırma Merkezi, Dönüştürücü Elektronik Tesisleri (C-TEFs), yeni UV lazer teknolojisinin yaratılmasını sağladı.
C-TEFs, Asahi Kasei gibi kuruluşlardan araştırmacıların Nagoya Üniversitesi kampüsündeki en son teknolojiye sahip tesislere erişimini sağlayarak onlara güvenilir, yüksek kaliteli cihazlar yaratmak için ihtiyaç duydukları personel ve kaynakları sunuyor.
Proje kurulduğunda, araştırma ekibinin bir üyesi olan Ziyi, Kasei’de ikinci sınıf öğrencisiydi. Bir röportajında şöyle diyordu: “Benzersiz bir şey yapmak istedim. Derin ultraviyole lazer diyotun o zamanlar imkansız olduğuna inanılıyordu, ancak Profesör Amano bana “Mavi lazeri başardık, şimdi ultraviyole zamanı” dedi.
Bu çalışma, yarı iletken lazerlerin tüm dalga boyu aralıklarında pratik olarak geliştirilmesi ve uygulanmasında bir dönüm noktasına işaret etmektedir. Gelecekte UV-C LD’ler yüksek çözünürlüklü lazer işleme, partikül ölçümü, virüs tespiti ve gaz analizinde kullanılabilir.
Zhang, sterilizasyon teknolojisine uygulamanın “devrim niteliğinde olabileceğini” belirtti. “Mevcut zaman açısından verimsiz LED sterilizasyon yöntemlerinin aksine, lazerler muazzam bölgeleri kısa bir süre içinde ve uzun mesafelerde dezenfekte edebilir.” Steril ameliyathanelere ve musluk suyuna ihtiyaç duyan hemşireler ve cerrahlar bu teknikten özellikle faydalanabilir.
Kaynak: phys-org
