Το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου πραγματοποίησε μια συνεχή περοβσκίτηπηγή λέιζερμικρότερο από 1 τετραγωνικό μικρό
Είναι σημαντικό να κατασκευαστεί μια συνεχής πηγή λέιζερ με εμβαδόν συσκευής μικρότερο από 1μm2 για να καλυφθεί η απαίτηση χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας της οπτικής διασύνδεσης στο τσιπ (<10 fJ bit-1). Ωστόσο, καθώς το μέγεθος της συσκευής μειώνεται, οι οπτικές και οι υλικές απώλειες αυξάνονται σημαντικά, επομένως η επίτευξη μεγέθους συσκευής υπομικρομετρικής και συνεχούς οπτικής άντλησης πηγών λέιζερ είναι εξαιρετικά δύσκολη. Τα τελευταία χρόνια, τα υλικά αλογονούχου περοβσκίτη έχουν λάβει εκτεταμένη προσοχή στον τομέα των συνεχών οπτικά αντλούμενων λέιζερ λόγω του υψηλού οπτικού κέρδους και των μοναδικών ιδιοτήτων πολικότητας εξιτονίου. Η εμβαδόν συσκευής των συνεχών πηγών λέιζερ περοβσκίτη που έχουν αναφερθεί μέχρι στιγμής εξακολουθεί να είναι μεγαλύτερη από 10μm2 και οι πηγές λέιζερ υπομικρομετρικής απαιτούν όλες παλμικό φως με υψηλότερη πυκνότητα ενέργειας άντλησης για διέγερση.
Σε απάντηση σε αυτήν την πρόκληση, η ερευνητική ομάδα του Zhang Qing από τη Σχολή Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του Πανεπιστημίου του Πεκίνου παρασκεύασε με επιτυχία υψηλής ποιότητας μονοκρυσταλλικά υλικά περοβσκίτη υπομικρού για να επιτύχει συνεχείς πηγές οπτικής άντλησης λέιζερ με εμβαδόν συσκευής μόλις 0,65μm2. Ταυτόχρονα, αποκαλύπτεται το φωτόνιο. Ο μηχανισμός του πολαριτόνιου εξιτονίου στη διαδικασία συνεχούς οπτικής άντλησης λέιζερ υπομικρού γίνεται σε βάθος κατανοητός, γεγονός που παρέχει μια νέα ιδέα για την ανάπτυξη μικρού μεγέθους λέιζερ ημιαγωγών χαμηλού κατωφλίου. Τα αποτελέσματα της μελέτης, με τίτλο «Λέιζερ Περοβσκίτη με Αντλία Συνεχούς Κύματος με Εμβαδόν Συσκευής Κάτω από 1 μm2», δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο Advanced Materials.
Σε αυτή την εργασία, το ανόργανο φύλλο μονοκρυστάλλου περοβσκίτη CsPbBr3 σε μορφή μικρών παρασκευάστηκε σε υπόστρωμα ζαφειριού με χημική εναπόθεση ατμών. Παρατηρήθηκε ότι η ισχυρή σύζευξη των εξιτονίων του περοβσκίτη με τα φωτόνια της μικροκοιλότητας του ηχητικού τοιχώματος σε θερμοκρασία δωματίου είχε ως αποτέλεσμα τον σχηματισμό εξιτονικού πολαριτόνιου. Μέσω μιας σειράς στοιχείων, όπως η γραμμική έως μη γραμμική ένταση εκπομπής, το στενό πλάτος γραμμής, ο μετασχηματισμός πόλωσης εκπομπής και ο μετασχηματισμός χωρικής συνοχής στο κατώφλι, επιβεβαιώνεται η συνεχής οπτικά αντλούμενη φθορίζουσα ακτινοβολία λέιζερ μονοκρυστάλλου CsPbBr3 μεγέθους υπομικρού, και η επιφάνεια της συσκευής είναι τόσο χαμηλή όσο 0,65μm2. Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε ότι το κατώφλι της πηγής λέιζερ υπομικρού είναι συγκρίσιμο με αυτό της πηγής λέιζερ μεγάλου μεγέθους, και μπορεί ακόμη και να είναι χαμηλότερο (Σχήμα 1).
Σχήμα 1. Συνεχής οπτικά αντλούμενη υπομικρομετρική CsPbBr3πηγή φωτός λέιζερ
Επιπλέον, αυτή η εργασία διερευνά τόσο πειραματικά όσο και θεωρητικά, και αποκαλύπτει τον μηχανισμό των εξιτονίων πολωμένων με εξιτόνια στην υλοποίηση συνεχών πηγών λέιζερ υπομικρών. Η ενισχυμένη σύζευξη φωτονίων-εξιτονίων σε περοβσκίτες υπομικρών έχει ως αποτέλεσμα μια σημαντική αύξηση του δείκτη διάθλασης ομάδας σε περίπου 80, η οποία αυξάνει σημαντικά το κέρδος τρόπου λειτουργίας για να αντισταθμίσει την απώλεια τρόπου λειτουργίας. Αυτό έχει επίσης ως αποτέλεσμα μια πηγή λέιζερ περοβσκίτη υπομικρών με υψηλότερο αποτελεσματικό παράγοντα ποιότητας μικροκοιλότητας και στενότερο πλάτος γραμμής εκπομπής (Σχήμα 2). Ο μηχανισμός παρέχει επίσης νέες γνώσεις για την ανάπτυξη λέιζερ μικρού μεγέθους, χαμηλού κατωφλίου που βασίζονται σε άλλα ημιαγωγικά υλικά.
Σχήμα 2. Μηχανισμός πηγής λέιζερ υπομικρών χρησιμοποιώντας διεγερτικά πολωτικά
Ο Song Jiepeng, φοιτητής Zhibo του 2020 από τη Σχολή Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του Πανεπιστημίου του Πεκίνου, είναι ο πρώτος συγγραφέας της εργασίας, και το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου είναι η πρώτη ενότητα της εργασίας. Οι Zhang Qing και Xiong Qihua, καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο Tsinghua, είναι οι αντίστοιχοι συγγραφείς. Η εργασία υποστηρίχθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Φυσικών Επιστημών της Κίνας και το Ίδρυμα Επιστημών του Πεκίνου για Εξαιρετικούς Νέους.
Ώρα δημοσίευσης: 12 Σεπτεμβρίου 2023