Natuklasan ng Peking University ang isang perovskite continuous laser source na mas maliit sa 1 square micron

Natuklasan ng Peking University ang isang perovskite continuouspinagmumulan ng lasermas maliit sa 1 square micron
Mahalagang bumuo ng isang tuluy-tuloy na pinagmumulan ng laser na may lawak ng aparato 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 lumiliit ang laki ng aparato, ang mga pagkawala ng optical at materyal ay tumataas nang malaki, kaya ang pagkamit ng laki ng sub-micron na aparato at patuloy na optical pumping ng mga pinagmumulan ng laser ay lubhang mahirap. Sa mga nakaraang taon, ang mga materyales na halide perovskite ay nakatanggap ng malawak na atensyon sa larangan ng patuloy na optically pumped lasers dahil sa kanilang mataas na optical gain at natatanging mga katangian ng exciton polariton. Ang lawak ng aparato ng mga pinagmumulan ng perovskite continuous laser na naiulat sa ngayon ay higit pa sa 10μm2, at ang mga pinagmumulan ng submicron laser ay pawang nangangailangan ng pulsed light na may mas mataas na pump energy density upang makapagpasigla.

Bilang tugon sa hamong ito, ang grupo ng pananaliksik ni Zhang Qing mula sa School of Materials Science and Engineering ng Peking University ay matagumpay na naghanda ng mga de-kalidad na perovskite submicron single crystal na materyales upang makamit ang tuluy-tuloy na optical pumping laser sources na may device area na kasingbaba ng 0.65μm2. Kasabay nito, natuklasan ang photon. Ang mekanismo ng exciton polariton sa submicron continuous optically pumped lasing process ay malalim na nauunawaan, na nagbibigay ng isang bagong ideya para sa pagbuo ng maliliit na low threshold semiconductor lasers. Ang mga resulta ng pag-aaral, na pinamagatang "Continuous Wave Pumped Perovskite Lasers with Device Area Below 1 μm2," ay inilathala 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. Naobserbahan na ang malakas na pagkabit ng perovskite excitons sa sound wall microcavity photons 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 patuloy na optically pumped fluorescence lase ng sub-micron-sized na CsPbBr3 single crystal ay nakumpirma, at ang area ng device ay kasingbaba ng 0.65μm2. Kasabay nito, natuklasan na ang threshold ng submicron laser source ay maihahambing sa malaking laser source, at maaari pang maging mas mababa (Figure 1).

Pigura 1. Tuloy-tuloy na submicron na CsPbBr3 na pinapatakbo ng optikapinagmumulan ng liwanag na laser

Bukod pa rito, sinusuri ng gawaing ito kapwa sa eksperimento at teoretikal na paraan, at ipinapakita ang mekanismo ng mga exciton-polarized exciton sa pagsasakatuparan ng mga submicron continuous laser source. Ang pinahusay na photon-exciton coupling sa mga submicron perovskites ay nagreresulta sa isang makabuluhang pagtaas sa group refractive index sa humigit-kumulang 80, na lubos na nagpapataas ng mode gain upang mabawi ang mode loss. Nagreresulta rin ito sa isang perovskite submicron laser source na may mas mataas na effective microcavity quality factor at mas makitid na emission linewidth (Figure 2). Nagbibigay din ang mekanismo ng mga bagong pananaw sa pag-unlad ng maliliit na laki, mababang threshold laser batay sa iba pang mga materyales na semiconductor.

Pigura 2. Mekanismo ng pinagmumulan ng sub-micron laser gamit ang mga excitonic polarizon

Si Song Jiepeng, isang estudyante ng Zhibo noong 2020 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 sinuportahan ng National Natural Science Foundation of China at ng Beijing Science Foundation for Outstanding Young People.