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

Universiti Peking menyedari perovskit berterusansumber laserlebih kecil daripada 1 mikron persegi
Adalah penting untuk membina sumber laser berterusan dengan keluasan peranti kurang daripada 1μm2 bagi memenuhi keperluan penggunaan tenaga yang rendah bagi sambungan optik atas 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 sangat mencabar. Dalam beberapa tahun kebelakangan ini, bahan perovskit halida telah mendapat perhatian yang meluas dalam bidang laser yang dipam secara optik berterusan disebabkan oleh gandaan optiknya yang tinggi dan sifat polariton eksiton yang unik. Keluasan peranti sumber laser berterusan perovskit yang dilaporkan setakat ini masih lebih besar daripada 10μm2, dan semua sumber laser submikron memerlukan cahaya berdenyut dengan ketumpatan tenaga pam yang lebih tinggi untuk merangsang.

Sebagai tindak balas kepada cabaran ini, kumpulan penyelidikan Zhang Qing dari Sekolah Sains dan Kejuruteraan Bahan Universiti Peking berjaya menyediakan bahan kristal tunggal submikron perovskit berkualiti tinggi untuk mencapai sumber laser pam optik berterusan dengan luas peranti serendah 0.65μm2. Pada masa yang sama, foton didedahkan. Mekanisme polariton eksiton dalam proses pengelasan pam optik berterusan submikron difahami secara mendalam, yang memberikan idea baharu untuk pembangunan laser semikonduktor ambang rendah bersaiz kecil. Hasil kajian yang bertajuk "Laser Perovskit Pam Gelombang Berterusan dengan Luas Peranti Di Bawah 1 μm2," baru-baru ini diterbitkan dalam Bahan Termaju.

Dalam kajian ini, kepingan mikron kristal tunggal perovskit CsPbBr3 bukan organik telah disediakan pada substrat nilam melalui pemendapan wap kimia. Telah diperhatikan bahawa gandingan kuat antara eksiton perovskit dengan foton mikrokaviti dinding bunyi pada suhu bilik mengakibatkan pembentukan polariton eksiton. Melalui beberapa bukti, seperti keamatan pancaran linear kepada tak linear, lebar garis sempit, transformasi polarisasi pancaran dan transformasi koheren ruang pada ambang, laser pendarfluor pam optik berterusan bagi kristal tunggal CsPbBr3 bersaiz sub-mikron telah disahkan, dan luas 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 CsPbBr3 yang dipam secara optik berterusansumber cahaya laser

Tambahan pula, kajian ini meneroka secara eksperimen dan teori, dan mendedahkan mekanisme eksiton terkutub eksiton dalam merealisasikan sumber laser berterusan submikron. Gandingan foton-eksiton yang dipertingkatkan dalam perovskit submikron menghasilkan peningkatan ketara dalam indeks biasan kumpulan kepada kira-kira 80, yang meningkatkan keuntungan mod dengan ketara untuk mengimbangi kehilangan mod. Ini juga menghasilkan sumber laser submikron perovskit dengan faktor kualiti mikrorongga berkesan yang lebih tinggi dan lebar garis pancaran yang lebih sempit (Rajah 2). Mekanisme ini juga memberikan pandangan baharu tentang pembangunan laser ambang rendah bersaiz kecil berdasarkan bahan semikonduktor lain.

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

Song Jiepeng, seorang pelajar Zhibo 2020 dari Sekolah Sains Bahan dan Kejuruteraan Universiti Peking, merupakan penulis pertama kertas kerja ini, dan Universiti Peking merupakan unit pertama kertas kerja ini. Zhang Qing dan Xiong Qihua, profesor Fizik di Universiti Tsinghua, merupakan penulis yang sepadan. Kerja ini disokong oleh Yayasan Sains Semula Jadi Kebangsaan China dan Yayasan Sains Beijing untuk Golongan Muda Cemerlang.