Universitatea din Peking a realizat o perovskită continuăsursă lasermai mic de 1 micron pătrat
Este important să se construiască o sursă laser continuă cu o suprafață a dispozitivului mai mică de 1 μm2 pentru a îndeplini cerința de consum redus de energie a interconectării optice pe cip (<10 fJ bit-1). Cu toate acestea, pe măsură ce dimensiunea dispozitivului scade, pierderile optice și de material cresc semnificativ, astfel încât obținerea unor dimensiuni submicronice ale dispozitivelor și a pompării optice continue a surselor laser este extrem de dificilă. În ultimii ani, materialele perovskite cu halogenuri au primit o atenție extinsă în domeniul laserelor pompate optic continuu datorită câștigului lor optic ridicat și proprietăților unice de polaritonici excitoni. Suprafața dispozitivului surselor laser continue cu perovskit raportată până în prezent este încă mai mare de 10 μm2, iar toate sursele laser submicronice necesită lumină pulsată cu o densitate de energie a pompei mai mare pentru a fi stimulate.
Ca răspuns la această provocare, grupul de cercetare condus de Zhang Qing de la Școala de Știința și Ingineria Materialelor a Universității din Peking a preparat cu succes materiale monocristaline submicronice perovskit de înaltă calitate pentru a obține surse laser de pompare optică continuă cu o suprafață a dispozitivului de până la 0,65 μm2. În același timp, fotonul este dezvăluit. Mecanismul polaritonului exciton în procesul de laserizare submicronică pompată optic continuă este înțeles în profunzime, ceea ce oferă o nouă idee pentru dezvoltarea de lasere semiconductoare de dimensiuni mici cu prag scăzut. Rezultatele studiului, intitulat „Lasere perovskit pompate cu undă continuă cu o suprafață a dispozitivului sub 1 μm2”, au fost publicate recent în Advanced Materials.
În această lucrare, foaia micronică monocristalină de perovskit anorganic CsPbBr3 a fost preparată pe substrat de safir prin depunere chimică în fază de vapori. S-a observat că cuplarea puternică a excitonilor de perovskit cu fotonii microcavității peretelui sonor la temperatura camerei a dus la formarea de polariton excitonic. Printr-o serie de dovezi, cum ar fi intensitatea emisiei liniare la neliniare, lățimea îngustă a liniei, transformarea polarizării emisiei și transformarea coerenței spațiale la prag, se confirmă fluorescența lasă pompată optic continuă a monocristalului CsPbBr3 de dimensiuni submicronice, iar aria dispozitivului este de doar 0,65 μm2. În același timp, s-a constatat că pragul sursei laser submicronice este comparabil cu cel al sursei laser de dimensiuni mari și poate fi chiar mai mic (Figura 1).
Figura 1. CsPbBr3 submicronic pompat optic continuusursă de lumină laser
În plus, această lucrare explorează atât experimental, cât și teoretic și dezvăluie mecanismul excitonilor polarizați de excitoni în realizarea surselor laser continue submicronice. Cuplarea foton-exciton îmbunătățită în perovskitele submicronice are ca rezultat o creștere semnificativă a indicelui de refracție al grupului la aproximativ 80, ceea ce crește substanțial câștigul modului pentru a compensa pierderea modului. Acest lucru are ca rezultat, de asemenea, o sursă laser submicronică perovskită cu un factor de calitate al microcavității efective mai mare și o lățime a liniei de emisie mai îngustă (Figura 2). Mecanismul oferă, de asemenea, noi perspective asupra dezvoltării laserelor de dimensiuni mici, cu prag scăzut, bazate pe alte materiale semiconductoare.
Figura 2. Mecanismul sursei laser submicronice utilizând polarizoane excitonice
Song Jiepeng, student la programul Zhibo din 2020 de la Școala de Știința și Ingineria Materialelor a Universității din Peking, este primul autor al lucrării, iar Universitatea din Peking este prima unitate a lucrării. Zhang Qing și Xiong Qihua, profesor de fizică la Universitatea Tsinghua, sunt autorii corespondenți. Lucrarea a fost susținută de Fundația Națională de Științe Naturale din China și de Fundația de Știință din Beijing pentru Tineri Remarcabili.
Data publicării: 12 septembrie 2023