Universiti Peking menyedari sumber laser berterusan perovskite yang lebih kecil daripada 1 mikron persegi

Universiti Peking merealisasikan perovskite berterusansumber laserlebih kecil daripada 1 mikron persegi
Adalah penting untuk membina sumber laser berterusan dengan keluasan peranti kurang daripada 1μm2 untuk memenuhi keperluan penggunaan tenaga yang rendah bagi sambungan optik pada cip (<10 fJ bit-1). Walau bagaimanapun, apabila saiz peranti berkurangan, kehilangan optik dan bahan meningkat dengan ketara, jadi mencapai saiz peranti sub-mikron dan pengepaman optik berterusan sumber laser adalah amat mencabar. Dalam tahun-tahun kebelakangan ini, bahan perovskit halida telah mendapat perhatian yang meluas dalam bidang laser yang dipam secara optik berterusan kerana keuntungan optik yang tinggi dan sifat polariton pengujaan yang unik. Kawasan peranti sumber laser berterusan perovskite yang dilaporkan setakat ini masih lebih besar daripada 10μm2, dan sumber laser submikron semuanya memerlukan cahaya berdenyut dengan ketumpatan tenaga pam yang lebih tinggi untuk merangsang.

Sebagai tindak balas kepada cabaran ini, kumpulan penyelidik Zhang Qing dari Pusat Pengajian Sains Bahan dan Kejuruteraan Universiti Peking berjaya menyediakan bahan kristal tunggal submikron perovskit berkualiti tinggi untuk mencapai sumber laser pengepam optik berterusan dengan keluasan peranti serendah 0.65μm2. Pada masa yang sama, foton didedahkan. Mekanisme polariton exciton dalam proses pengelasan yang dipam secara optik berterusan submikron difahami dengan mendalam, yang memberikan idea baharu untuk pembangunan laser semikonduktor ambang rendah saiz kecil. Hasil kajian, bertajuk "Laser Perovskite Dipam Gelombang Berterusan dengan Kawasan Peranti Di Bawah 1 μm2," baru-baru ini diterbitkan dalam Bahan Termaju.

Dalam kerja ini, lembaran mikron kristal tunggal perovskit CsPbBr3 tak organik telah disediakan pada substrat nilam dengan pemendapan wap kimia. Telah diperhatikan bahawa gandingan kuat pengujaan perovskit dengan foton mikro rongga dinding bunyi pada suhu bilik mengakibatkan pembentukan polariton eksitonik. Melalui satu siri bukti, seperti keamatan pelepasan linear kepada bukan linear, lebar garisan sempit, transformasi polarisasi pelepasan dan transformasi koheren ruang pada ambang, lase pendarfluor yang dipam secara optik berterusan bagi kristal tunggal CsPbBr3 bersaiz sub-mikron disahkan, dan kawasan peranti adalah serendah 0.65μm2. Pada masa yang sama, didapati bahawa ambang sumber laser submikron adalah setanding dengan sumber laser bersaiz besar, malah boleh menjadi lebih rendah (Rajah 1).

Rajah 1. Submikron dipam optik berterusan CsPbBr3sumber cahaya laser

Selanjutnya, kerja ini meneroka kedua-dua eksperimen dan secara teori, dan mendedahkan mekanisme exciton-polarized exciton dalam merealisasikan sumber laser berterusan submicron. Gandingan foton-exciton yang dipertingkatkan dalam perovskit submikron menghasilkan peningkatan ketara dalam indeks biasan kumpulan kepada kira-kira 80, yang dengan ketara meningkatkan keuntungan mod untuk mengimbangi kehilangan mod. Ini juga menghasilkan sumber laser submikron perovskite dengan faktor kualiti rongga mikro berkesan yang lebih tinggi dan lebar garis pelepasan yang lebih sempit (Rajah 2). Mekanisme ini juga memberikan pandangan baharu tentang pembangunan laser bersaiz kecil, ambang rendah berdasarkan bahan semikonduktor lain.

Rajah 2. Mekanisme sumber laser sub-mikron menggunakan polarzon eksitonik

Song Jiepeng, pelajar Zhibo 2020 dari Pusat Pengajian Sains Bahan dan Kejuruteraan Universiti Peking, ialah pengarang pertama kertas kerja dan Universiti Peking ialah unit pertama kertas kerja. Zhang Qing dan Xiong Qihua, profesor Fizik di Universiti Tsinghua, adalah pengarang yang sepadan. Kerja ini disokong oleh Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China dan Yayasan Sains Beijing untuk Orang Muda Cemerlang.