A Universidade de Pequín realizou unha perovskita continuafonte lásermenor que 1 micra cadrada
É importante construír unha fonte láser continua cunha área de dispositivo inferior a 1 μm2 para cumprir co 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 de material aumentan significativamente, polo que conseguir un tamaño de dispositivo submicrónico e o bombeo óptico continuo de fontes láser é extremadamente difícil. Nos últimos anos, os materiais de perovskita de haluro recibiron unha ampla atención no campo dos láseres bombeados opticamente continuos debido á súa alta ganancia óptica e ás súas propiedades únicas de polaritón excitón. A área do dispositivo das fontes láser continuas de perovskita reportadas ata o de agora segue sendo superior a 10 μm2, e todas as fontes láser submicrónicas requiren luz pulsada cunha maior densidade de enerxía de bombeo 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 submicrónica de alta calidade para lograr fontes láser de bombeo óptico continuo cunha área de dispositivo tan baixa como 0,65 μm2. Ao mesmo tempo, revélase o fotón. O mecanismo do polaritón excitón no proceso de bombeo óptico continuo submicrónico compréndese profundamente, o que proporciona unha nova idea para o desenvolvemento de láseres semicondutores de baixo limiar de pequeno tamaño. Os resultados do estudo, titulado "Láseres de perovskita bombeados de onda continua con área de dispositivo inferior a 1 μm2", publicáronse recentemente en Advanced Materials.
Neste traballo, preparouse unha lámina de monocristal de perovskita inorgánica CsPbBr3 de tamaño micrométrico sobre un 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 resultou na formación de polaritóns excitónicos. 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, confirmouse a lase de fluorescencia bombeada opticamente continua dun monocristal de CsPbBr3 de tamaño submicrónico, e a área do dispositivo é tan baixa como 0,65 μm2. Ao mesmo tempo, descubriuse que o limiar da fonte láser submicrónica é comparable ao da fonte láser de gran tamaño, e pode incluso ser menor (Figura 1).
Figura 1. CsPbBr3 submicrónico bombeado opticamente de forma continuafonte 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 en perovskitas submicrométricas resulta nun aumento significativo no índice de refracción do grupo a aproximadamente 80, o que aumenta substancialmente a ganancia de modo para compensar a perda de modo. Isto tamén resulta nunha fonte láser submicrométrica de perovskita cun factor de calidade de microcavidade efectiva máis alto 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 baixo limiar baseados noutros materiais semicondutores.
Figura 2. Mecanismo dunha fonte láser submicrónica que emprega polarizóns excitónicos
Song Jiepeng, estudante de Zhibo 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 traballo. Zhang Qing e Xiong Qihua, profesor de Física na Universidade de Tsinghua, son os autores correspondentes. O traballo contou co apoio da Fundación Nacional de Ciencias Naturais de China e da Fundación de Ciencias de Pequín para Mozos Destacados.
Data de publicación: 12 de setembro de 2023