Peking University tajusi jatkuvan perovskiitinlaserlähdealle 1 neliömikroni
On tärkeää rakentaa jatkuva laserlähde, jonka laitepinta-ala on alle 1 μM2, jotta voidaan täyttää vähä energian kulutusvaatimus, joka on haudalla optisen yhteyden (<10 FJ bitti-1). Laitteen koko pienentyessä optiset ja materiaalihäviöt lisääntyvät huomattavasti, joten sub-mikronin koon ja laserlähteiden jatkuvan optisen pumppauksen saavuttaminen on erittäin haastavaa. Viime vuosina halogenidiperovskite -materiaalit ovat saaneet laajaa huomiota jatkuvien optisesti pumpattujen laserien alalla niiden korkean optisen vahvistuksen ja ainutlaatuisten exciton -polaritoniominaisuuksien vuoksi. Perovskiten jatkuvien laserlähteiden laitepinta -ala on edelleen yli 10 μM2, ja kaikki submikronilaserilähteet vaativat pulssia valoa, jolla on korkeampi pumpun energiatiheys stimuloida.
Vastauksena tähän haasteeseen Zhang Qingin tutkimusryhmä Pekingin yliopiston materiaalitieteen ja tekniikan koulusta valmisteli onnistuneesti korkealaatuisia perovskite-submikronisia yksikristallimateriaaleja jatkuvan optisen pumppauslaserlähteen saavuttamiseksi, jonka laitealue on niinkin alhainen kuin 0,65 μm2. Samanaikaisesti fotoni paljastetaan. Exciton -polaritonin mekanismi submikronissa jatkuvassa optisesti pumppautuneessa laskuprosessissa ymmärretään syvästi, mikä tarjoaa uuden idean pienikokoisten pienikokoisten puolijohdelaserien kehittämiselle. Tutkimuksen tulokset, joiden otsikko on ”Jatkuva aaltopumppuja perovskite -lasereita, laitepinta -ala oli alle 1 μM2”, julkaistiin äskettäin edistyneissä materiaaleissa.
Tässä työssä epäorgaaninen perovskite CSPBBR3 -yhden kide mikronilevy valmistettiin safiirisubstraatilla kemiallisella höyryn laskeutumisella. Havaittiin, että perovskite -eksitonien voimakas kytkentä ääniseinän mikrokavitusfotonien kanssa huoneenlämpötilassa johti eksitonisen polaritonin muodostumiseen. Sarjan todisteiden, kuten lineaarisen epälineaarisen emissiointensiteetin, kapean viivan leveyden, emissiopolarisaation muunnoksen ja spatiaalisen koherenssin muunnoksen kynnysarvolla, jatkuvan optisesti pumpatun fluoresenssilatan submikronikokoisen CSPBBR3-kiteen vahvistetaan ja laitepinta-ala on yhtä alhainen kuin 0,65 μm2. Samanaikaisesti havaittiin, että subbimikronilaserilähteen kynnysarvo on verrattavissa suurikokoisen laserlähteen ja voi olla jopa alhaisempi (kuva 1).
Kuva 1. Jatkuva optisesti pumpattu submikroni CSPBBR3laservalonlähde
Lisäksi tämä työ tutkii sekä kokeellisesti että teoreettisesti ja paljastaa eksitonipolarisoituneiden eksitonien mekanismin submikronien jatkuvien laserlähteiden toteuttamisessa. Parannettu fotoni-ekssitonikytkentä submikronipohjaisissa perovskiteissa johtaa ryhmän taitekerroksen merkittävään kasvuun noin 80: een, mikä lisää moodin vahvistusta moodin menetyksen kompensoimiseksi. Tämä johtaa myös perovskite -submikronilaserilähteeseen, jolla on korkeampi tehokas mikrokavitaation laatukerroin ja kapeampi päästöjohtoleveys (kuva 2). Mekanismi tarjoaa myös uusia näkemyksiä pienikokoisten, matalan kynnyslaserien kehittämisestä muiden puolijohdemateriaalien perusteella.
Kuva 2. Alarekronilaserilähteen mekanismi käyttämällä eksitonisia polarizoneja
Song Jieepeng, Pekingin yliopiston materiaalitieteen ja tekniikan korkeakoulun vuoden 2020 Zhibon opiskelija, on paperin ensimmäinen kirjoittaja, ja Pekingin yliopisto on paperin ensimmäinen yksikkö. Tsinghuan yliopiston fysiikan professori Zhang Qing ja Xiong Qihua ovat vastaavia kirjoittajia. Työtä tukivat Kiinan kansallinen luonnontieteellinen säätiö ja Pekingin tiedesäätiö erinomaisille nuorille.
Viestin aika: Syyskuu-12-2023