A Universidade de Pequín realizou unha perovskita continuafonte lásermenor de 1 micra cadrada
É importante construír unha fonte láser continua cunha superficie do dispositivo inferior a 1 μm2 para cumprir o requisito de baixo consumo de enerxía da interconexión óptica no chip (<10 fJ bit-1). Non obstante, a medida que o tamaño do dispositivo diminúe, as perdas ópticas e materiais aumentan significativamente, polo que conseguir un tamaño do dispositivo inferior ao micrómetro e o bombeo óptico continuo das fontes láser é extremadamente difícil. Nos últimos anos, os materiais de perovskita de haluro recibiron unha ampla atención no campo dos láseres continuos bombeados ópticamente debido á súa alta ganancia óptica e ás súas propiedades únicas de polaritón de excitón. A área do dispositivo de fontes de láser continuo de perovskita informada ata o momento aínda é superior a 10 μm2, e as fontes de láser submicróns requiren luz pulsada con maior densidade de enerxía de bomba para estimular.
En resposta a este desafío, o grupo de investigación de Zhang Qing da Escola de Ciencia e Enxeñaría de Materiais da Universidade de Pequín preparou con éxito materiais monocristais de perovskita submicrón de alta calidade para conseguir fontes láser de bombeo óptico continuo cunha superficie do dispositivo tan baixa como 0,65 μm2. Ao mesmo tempo, revélase o fotón. Coñécese profundamente o mecanismo do polaritón do excitón no proceso de bombeo óptico continuo submicrométrico, o que proporciona unha nova idea para o desenvolvemento de láseres semicondutores de baixo limiar de pequeno tamaño. Os resultados do estudo, titulado "Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Below 1 μm2", publicáronse recentemente en Advanced Materials.
Neste traballo, preparouse a lámina de microns de cristal único CsPbBr3 de perovskita inorgánica sobre substrato de zafiro mediante deposición química de vapor. Observouse que o forte acoplamento dos excitóns de perovskita cos fotóns da microcavidade da parede sonora a temperatura ambiente deu lugar á formación de polaritón excitónico. A través dunha serie de evidencias, como a intensidade de emisión lineal a non lineal, o ancho de liña estreito, a transformación da polarización da emisión e a transformación da coherencia espacial no limiar, confírmase a láser de fluorescencia continua bombeada ópticamente do cristal único CsPbBr3 de tamaño submicrónico e a área do dispositivo. é tan baixo como 0,65 μm2. Ao mesmo tempo, descubriuse que o limiar da fonte de láser submicrón é comparable ao da fonte de láser de gran tamaño, e incluso pode ser inferior (Figura 1).
Figura 1. CsPbBr3 submicrónico bombeado ópticamente continuofonte de luz láser
Ademais, este traballo explora tanto experimental como teoricamente, e revela o mecanismo dos excitóns polarizados por excitóns na realización de fontes láser continuas submicrométricas. O acoplamento fotón-excitón mellorado nas perovskitas submicrónicas dá lugar a un aumento significativo do índice de refracción do grupo ata uns 80, o que aumenta substancialmente a ganancia de modo para compensar a perda de modo. Isto tamén dá lugar a unha fonte de láser submicrón de perovskita cun factor de calidade de microcavidade eficaz máis elevado e un ancho de liña de emisión máis estreito (Figura 2). O mecanismo tamén proporciona novos coñecementos sobre o desenvolvemento de láseres de pequeno tamaño e de baixo limiar baseados noutros materiais semicondutores.
Figura 2. Mecanismo da fonte láser submicrónica mediante polarizóns excitónicas
Song Jiepeng, un estudante de Zhibo de 2020 da Escola de Ciencia e Enxeñaría de Materiais da Universidade de Pequín, é o primeiro autor do artigo, e a Universidade de Pequín é a primeira unidade do artigo. Zhang Qing e Xiong Qihua, profesor de Física da Universidade de Tsinghua, son os autores correspondentes. O traballo foi apoiado pola National Natural Science Foundation of China e a Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.
Hora de publicación: 12-09-2023