Pekingin yliopisto toteutti perovskiitin jatkuvanlaserlähdepienempi kuin 1 neliömikroni
On tärkeää rakentaa jatkuva laserlähde, jonka laitepinta-ala on alle 1 μm2, jotta voidaan täyttää sirulla olevan optisen liitännän alhaisen energiankulutuksen vaatimus (<10 fJ bit-1). Laitteen koon pienentyessä optiset ja materiaalihäviöt kuitenkin kasvavat merkittävästi, joten alle mikronin laitekoon ja laserlähteiden jatkuvan optisen pumppauksen saavuttaminen on erittäin haastavaa. Viime vuosina halogenidiperovskiittimateriaalit ovat saaneet laajaa huomiota jatkuvien optisesti pumpattujen lasereiden alalla niiden korkean optisen vahvistuksen ja ainutlaatuisten eksitonipolaritoniominaisuuksien vuoksi. Toistaiseksi raportoitujen perovskiittien jatkuvien laserlähteiden laitepinta-ala on edelleen suurempi kuin 10 μm2, ja kaikki submikroniset laserlähteet tarvitsevat pulssivaloa korkeammalla pumpun energiatiheydellä stimuloidakseen.
Vastauksena tähän haasteeseen Zhang Qingin tutkimusryhmä Pekingin yliopiston materiaalitieteen ja tekniikan korkeakoulusta valmisti onnistuneesti korkealaatuisia perovskiittisia submikronisia yksikidemateriaaleja jatkuvan optisen pumppauslaserlähteen aikaansaamiseksi, jonka laitepinta-ala on niinkin alhainen kuin 0,65 μm2. Samalla fotoni paljastuu. Eksitonipolaritonin mekanismi submikronin jatkuvassa optisesti pumpatussa laserointiprosessissa on syvästi ymmärretty, mikä antaa uuden idean pienikokoisten matalan kynnyksen puolijohdelaserien kehittämiseen. Tutkimuksen, jonka otsikko on "Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers, joiden laitteen pinta-ala on alle 1 μm2", tulokset julkaistiin äskettäin Advanced Materialsissa.
Tässä työssä epäorgaaninen perovskiitti CsPbBr3 yksikidemikronilevy valmistettiin safiirisubstraatille kemiallisella höyrypinnoituksella. Havaittiin, että perovskiitin eksitonien voimakas kytkentä ääniseinän mikroontelofotonien kanssa huoneenlämpötilassa johti eksitonisen polaritonin muodostumiseen. Useiden todisteiden avulla, kuten lineaarisesta epälineaariseen emissiointensiteetistä, kapeasta viivan leveydestä, emissiopolarisaatiomuunnoksesta ja spatiaalisen koherenssimuunnoksesta kynnysarvolla, submikronin kokoisen CsPbBr3-yksikiteen jatkuva optisesti pumpattu fluoresenssilaasi vahvistetaan ja laitteen pinta-ala. on vain 0,65 μm2. Samalla havaittiin, että submikronin laserlähteen kynnys on verrattavissa suurikokoisen laserlähteen kynnykseen ja voi olla jopa pienempi (kuva 1).
Kuva 1. Jatkuva optisesti pumpattu submikroninen CsPbBr3laser valonlähde
Lisäksi tämä työ tutkii sekä kokeellisesti että teoreettisesti ja paljastaa eksitonipolarisoituneiden eksitonien mekanismin submikronin jatkuvien laserlähteiden toteutuksessa. Tehostettu fotoni-eksitonikytkentä submikronisissa perovskiiteissa johtaa ryhmän taitekertoimen merkittävään nousuun noin 80:een, mikä lisää oleellisesti moodin vahvistusta kompensoimaan moodihäviön. Tämä johtaa myös perovskiittiseen submikroniseen laserlähteeseen, jolla on korkeampi tehokas mikroontelon laatutekijä ja kapeampi emissioviivan leveys (kuva 2). Mekanismi tarjoaa myös uusia näkemyksiä pienikokoisten, matalan kynnyksen lasereiden kehittämiseen, jotka perustuvat muihin puolijohdemateriaaleihin.
Kuva 2. Submikronin laserlähteen mekanismi käyttämällä eksitonisia polarisonteja
Song Jiepeng, vuoden 2020 Zhibo-opiskelija Pekingin yliopiston materiaalitieteen ja tekniikan korkeakoulusta, on paperin ensimmäinen kirjoittaja, ja Pekingin yliopisto on paperin ensimmäinen yksikkö. Zhang Qing ja Tsinghuan yliopiston fysiikan professori Xiong Qihua ovat vastaavia kirjoittajia. Työtä tukivat Kiinan kansallinen luonnontieteellinen säätiö ja Pekingin tiedesäätiö erinomaisille nuorille.
Postitusaika: 12.9.2023