Napagtanto ng Peking University ang isang perovskite tuloy-tuloy na pinagmumulan ng laser na mas maliit sa 1 square micron

Napagtanto ng Peking University ang isang tuluy-tuloy na perovskitepinagmulan ng lasermas maliit sa 1 square micron
Mahalagang bumuo ng tuluy-tuloy na pinagmumulan ng laser na may sukat ng device na mas mababa sa 1μm2 upang matugunan ang mababang pangangailangan sa pagkonsumo ng enerhiya ng on-chip optical interconnection (<10 fJ bit-1). Gayunpaman, habang bumababa ang laki ng device, tumataas nang malaki ang pagkalugi ng optical at materyal, kaya napakahirap na makamit ang laki ng sub-micron device at tuluy-tuloy na optical pumping ng mga pinagmumulan ng laser. Sa mga nagdaang taon, ang mga materyales ng halide perovskite ay nakatanggap ng malawak na atensyon sa larangan ng tuloy-tuloy na optically pumped lasers dahil sa kanilang mataas na optical gain at natatanging exciton poriton properties. Ang lugar ng device ng perovskite tuloy-tuloy na mga pinagmumulan ng laser na iniulat sa ngayon ay mas malaki pa rin sa 10μm2, at ang mga pinagmumulan ng submicron laser ay lahat ay nangangailangan ng pulsed light na may mas mataas na pump energy density upang pasiglahin.

Bilang tugon sa hamon na ito, matagumpay na inihanda ng pangkat ng pananaliksik ni Zhang Qing mula sa School of Materials Science and Engineering ng Peking University ang mataas na kalidad na perovskite submicron na single crystal na materyales upang makamit ang tuluy-tuloy na optical pumping laser sources na may sukat ng device na kasingbaba ng 0.65μm2. Kasabay nito, ang photon ay ipinahayag. Ang mekanismo ng exciton polariton sa submicron na tuloy-tuloy na optically pumped lasing na proseso ay malalim na nauunawaan, na nagbibigay ng bagong ideya para sa pagbuo ng maliit na sukat na low threshold semiconductor lasers. Ang mga resulta ng pag-aaral, na pinamagatang "Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers na may Device Area Below 1 μm2," ay na-publish kamakailan sa Advanced Materials.

Sa gawaing ito, ang inorganic perovskite CsPbBr3 single crystal micron sheet ay inihanda sa sapphire substrate sa pamamagitan ng chemical vapor deposition. Napagmasdan na ang malakas na pagkabit ng mga perovskite excitons na may sound wall microcavity photon sa temperatura ng silid ay nagresulta sa pagbuo ng excitonic polariton. Sa pamamagitan ng isang serye ng mga ebidensya, tulad ng linear hanggang nonlinear emission intensity, makitid na lapad ng linya, emission polarization transformation at spatial coherence transformation sa threshold, ang tuluy-tuloy na optically pumped fluorescence lase ng sub-micron-sized na CsPbBr3 single crystal ay nakumpirma, at ang lugar ng device ay kasing baba ng 0.65μm2. Kasabay nito, napag-alaman na ang threshold ng submicron laser source ay maihahambing sa malaking laki ng laser source, at maaaring mas mababa pa (Figure 1).

Figure 1. Continuous optically pumped submicron CsPbBr3pinagmumulan ng ilaw ng laser

Dagdag pa, ang gawaing ito ay nagsasaliksik sa parehong eksperimento at teoretikal, at inilalantad ang mekanismo ng exciton-polarized excitons sa pagsasakatuparan ng submicron na patuloy na pinagmumulan ng laser. Ang pinahusay na photon-exciton coupling sa submicron perovskites ay nagreresulta sa isang makabuluhang pagtaas sa group refractive index sa humigit-kumulang 80, na lubos na nagpapataas ng mode gain upang mabayaran ang pagkawala ng mode. Nagreresulta din ito sa isang perovskite submicron laser source na may mas mataas na epektibong microcavity quality factor at isang mas makitid na emission linewidth (Larawan 2). Ang mekanismo ay nagbibigay din ng mga bagong insight sa pagbuo ng mga maliliit na laki, mababang threshold na mga laser batay sa iba pang materyal na semiconductor.

Figure 2. Mekanismo ng sub-micron laser source gamit ang excitonic polarizons

Si Song Jiepeng, isang 2020 Zhibo na mag-aaral mula sa School of Materials Science and Engineering ng Peking University, ang unang may-akda ng papel, at ang Peking University ang unang yunit ng papel. Sina Zhang Qing at Xiong Qihua, propesor ng Physics sa Tsinghua University, ang mga kaukulang may-akda. Ang gawain ay suportado ng National Natural Science Foundation ng China at ng Beijing Science Foundation para sa Outstanding Young People.