白熱電球、LED、およびCFLは、新しい照明技術である白色レーザーが登場したため、すぐに立ち直らなければならないかもしれません。 ナノテクノロジーを使って特注の半導体材料を作り、アリゾナ州立大学 (ASU) の科学者チームは、LED よりも明るく効率的な白色光を発生させることができるレーザーを開発しました。 1960年に発明されたレーザーは、殺人光線と照明という2つの明らかな応用分野しかなく、問題を解決するためのソリューションとして歓迎されました。 今日、レーザーはDVDプレーヤーからインターネットまであらゆるものを動かしていますが、殺人光線はまだ登場したばかりで、同じく登場したばかりの照明も、そのほとんどがヘッドランプに限られています。 アウディのレーザーヘッドランプの場合、後者は白色レーザーを使用せず、レンズ付き青色レーザーとLEDを組み合わせています。

一見すると、レーザーは照明として素晴らしいアイデアに見えます。 強烈に明るく、効率的で、何百万マイルも進むビームを形成しても、数メートルしか広がらないのです。 しかし問題があります。レーザーは白色光を発生させることができないのです。

2011年、サンディア国立研究所は、4つの大型レーザーを1つのビームに結合して白色光を生成しましたが、これは概念実証のデモンストレーションに過ぎず、実用的なシステムにはなりませんでした。

ASU/Nature Nanotechnology

この画期的な出来事はASUのIla A. Fulton Schools of Engineeringで、科学者たちは、可視色スペクトル全体で動作する半導体レーザーを考え出しました。 通常、半導体は単一の波長の光しか発しませんが、ASUのチームはZnCdSSeの4元合金をベースにしたナノスケール半導体のシートを開発し、これを3つのセグメントに形成しました。 研究チームは、材料の格子パターンを調整することによってこれを実現し、「格子定数」つまりパターン内の原子間の距離を設定して、所望の領域を生成することができるようにした。 チームメンバーのZhicheng Liu氏によれば、難しいのは、半導体の結晶が十分に高品質であることと、所定の面積で格子が均一であることを確認することであったという。 材料が青く輝くようにすることが最も難しい課題であったが、ナノテクノロジーを使って目的の格子を最初に作り、それを正しい合金組成にすることで克服した。

ASUの研究チームは、白色レーザーが実用化されれば、いくつかの用途に使えると考えている。 最もわかりやすいのは照明である。 この新しいレーザーは、白色光を発生させるだけでなく、スペクトル全体にわたって完全に調整可能であるため、任意の色を放射することができ、LEDよりも明るく効率的である。 また、テレビやコンピューターのモニターへの応用も期待されています。 研究者によると、このレーザーは色の範囲が70%広く、より正確で鮮明だという。 さらに、光ベースのWi-Fi（Li-Fi）にも利用できる可能性がある。 そのようなシステムは、Wi-Fiの10倍、実験的なLEDシステムの10～100倍速くなる。

白色レーザーは現在、概念実証の段階にあり、この技術が実用化されるまでにはいくつかのハードルを克服する必要がある。 研究チームによると、その最大のものは、バッテリで動作させることだという。 現在のところ、この材料は別のレーザーで動作し、電子を半導体に送り込みます。

研究成果は、『Nature Nanotechnology』に掲載されました。