De Universiteit van Peking heeft een perovskiet-continuïteit ontdektlaserbronkleiner dan 1 vierkante micron
Het is belangrijk om een continue laserbron te construeren met een oppervlak van minder dan 1 μm² om te voldoen aan de eisen voor laag energieverbruik van optische interconnectie op de chip (<10 fJ bit-1). Naarmate de grootte van het apparaat afneemt, nemen de optische en materiaalverliezen echter aanzienlijk toe, waardoor het bereiken van een apparaatgrootte van minder dan een micron en het continu optisch pompen van laserbronnen een enorme uitdaging is. De afgelopen jaren hebben halideperovskietmaterialen veel aandacht gekregen op het gebied van continu optisch gepompte lasers vanwege hun hoge optische versterking en unieke excitonpolaritoneigenschappen. Het oppervlak van de tot nu toe gerapporteerde continue laserbronnen van perovskiet is nog steeds groter dan 10 μm², en alle submicronlaserbronnen vereisen gepulst licht met een hogere pompenergiedichtheid om te stimuleren.
Als antwoord op deze uitdaging heeft de onderzoeksgroep van Zhang Qing van de School of Materials Science and Engineering van de Universiteit van Peking met succes hoogwaardige perovskiet submicron monokristalmaterialen ontwikkeld om continu optisch pompende laserbronnen te realiseren met een oppervlak van slechts 0,65 μm². Tegelijkertijd wordt het foton onthuld. Het mechanisme van excitonpolariton in het submicron continu optisch gepompte laserproces is grondig begrepen, wat een nieuw idee biedt voor de ontwikkeling van kleine halfgeleiderlasers met een lage drempelwaarde. De resultaten van het onderzoek, getiteld "Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Below 1 μm²", zijn onlangs gepubliceerd in Advanced Materials.
In dit onderzoek werd de anorganische perovskiet CsPbBr3 monokristallijne micronlaag geprepareerd op een saffiersubstraat door middel van chemische dampdepositie. Er werd waargenomen dat de sterke koppeling van perovskiet-excitonen met de fotonen van de microcaviteit van de geluidswand bij kamertemperatuur resulteerde in de vorming van excitonen. Door een reeks bewijzen, zoals lineaire naar niet-lineaire emissie-intensiteit, smalle lijnbreedte, emissiepolarisatietransformatie en ruimtelijke coherentietransformatie bij drempelwaarde, werd de continue optisch gepompte fluorescentielaser van submicron-formaat CsPbBr3 monokristal bevestigd, en is het oppervlak van het apparaat slechts 0,65 μm². Tegelijkertijd werd vastgesteld dat de drempelwaarde van de submicronlaserbron vergelijkbaar is met die van de grote laserbron, en zelfs lager kan zijn (Figuur 1).
Figuur 1. Continue optisch gepompte submicron CsPbBr3laserlichtbron
Verder onderzoekt dit werk zowel experimenteel als theoretisch het mechanisme van exciton-gepolariseerde excitonen bij de realisatie van submicron continue laserbronnen, en onthult het dit mechanisme. De verbeterde foton-excitonkoppeling in submicron perovskieten resulteert in een significante toename van de groepsbrekingsindex tot ongeveer 80, wat de modusversterking aanzienlijk verhoogt om het modusverlies te compenseren. Dit resulteert tevens in een perovskiet submicron laserbron met een hogere effectieve microcaviteitskwaliteitsfactor en een smallere emissielijnbreedte (Figuur 2). Het mechanisme biedt tevens nieuwe inzichten in de ontwikkeling van kleine lasers met een lage drempelwaarde op basis van andere halfgeleidermaterialen.
Figuur 2. Mechanisme van een submicron laserbron met behulp van excitonische polarizonen
Song Jiepeng, een Zhibo-student uit 2020 aan de School of Materials Science and Engineering van de Universiteit van Peking, is de eerste auteur van het artikel, en de Universiteit van Peking is de eerste auteur van het artikel. Zhang Qing en Xiong Qihua, hoogleraar natuurkunde aan de Tsinghua Universiteit, zijn de corresponderende auteurs. Het werk werd ondersteund door de National Natural Science Foundation of China en de Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.
Plaatsingstijd: 12-09-2023