Το Πανεπιστήμιο του Πεκίνου πραγματοποίησε μια συνεχή περοβσκίτηπηγή λέιζερμικρότερο από 1 τετραγωνικό μικρό
Είναι σημαντικό να κατασκευαστεί μια συνεχής πηγή λέιζερ με εμβαδόν συσκευής μικρότερη από 1μm2 για την κάλυψη της απαίτησης χαμηλής κατανάλωσης ενέργειας της οπτικής διασύνδεσης στο chip (<10 fJ bit-1).Ωστόσο, καθώς μειώνεται το μέγεθος της συσκευής, οι απώλειες οπτικών και υλικών αυξάνονται σημαντικά, επομένως η επίτευξη μεγέθους συσκευής μικρότερου του μικρού και η συνεχής οπτική άντληση πηγών λέιζερ είναι εξαιρετικά δύσκολη.Τα τελευταία χρόνια, τα υλικά αλογονιδίου περοβσκίτη έχουν λάβει εκτεταμένη προσοχή στον τομέα των συνεχών οπτικά αντλούμενων λέιζερ λόγω του υψηλού οπτικού κέρδους και των μοναδικών ιδιοτήτων πολριτονίου εξιτονίου.Η περιοχή της συσκευής των πηγών συνεχούς λέιζερ περοβσκίτη που έχει αναφερθεί μέχρι στιγμής εξακολουθεί να είναι μεγαλύτερη από 10μm2 και όλες οι πηγές λέιζερ υπομικρών απαιτούν παλμικό φως με υψηλότερη πυκνότητα ενέργειας αντλίας για διέγερση.
Ως απάντηση σε αυτήν την πρόκληση, η ερευνητική ομάδα του Zhang Qing από τη Σχολή Επιστήμης και Μηχανικής Υλικών του Πανεπιστημίου του Πεκίνου ετοίμασε επιτυχώς υψηλής ποιότητας μονοκρυσταλλικά υλικά perovskite submicron για να επιτύχει πηγές λέιζερ συνεχούς οπτικής άντλησης με επιφάνεια συσκευής έως και 0,65μm2.Ταυτόχρονα, το φωτόνιο αποκαλύπτεται.Ο μηχανισμός του πολαριτόν εξιτονίου σε συνεχή οπτικά αντλούμενη διαδικασία λέιζινγκ υπομικρών είναι βαθιά κατανοητός, γεγονός που παρέχει μια νέα ιδέα για την ανάπτυξη λέιζερ ημιαγωγών χαμηλού κατωφλίου μικρού μεγέθους.Τα αποτελέσματα της μελέτης, με τίτλο «Λέιζερ περοβσκίτη με αντλία συνεχών κυμάτων με επιφάνεια συσκευής κάτω από 1 μm2», δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο Advanced Materials.
Σε αυτή την εργασία, το ανόργανο περοβσκίτη CsPbBr3 μονοκρύσταλλο micron φύλλο παρασκευάστηκε σε υπόστρωμα ζαφείρι με χημική εναπόθεση ατμών.Παρατηρήθηκε ότι η ισχυρή σύζευξη των εξιτονίων περοβσκίτη με τα φωτόνια της μικροκοιλότητας του ηχητικού τοιχώματος σε θερμοκρασία δωματίου οδήγησε στο σχηματισμό εξιτονικού πολαριτονίου.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 το συνεχές οπτικά αντλούμενο λέιζα φθορισμού μονού κρυστάλλου CsPbBr3 μικρότερου μεγέθους και η περιοχή της συσκευής είναι τόσο χαμηλό όσο 0,65μm2.Ταυτόχρονα, διαπιστώθηκε ότι το κατώφλι της πηγής λέιζερ υπομικρών είναι συγκρίσιμο με αυτό της πηγής λέιζερ μεγάλου μεγέθους και μπορεί ακόμη και να είναι χαμηλότερο (Εικόνα 1).
Εικόνα 1. Συνεχές οπτικά αντλούμενο υπομικρό CsPbBr3πηγή φωτός λέιζερ
Περαιτέρω, αυτή η εργασία διερευνά τόσο πειραματικά όσο και θεωρητικά, και αποκαλύπτει τον μηχανισμό των εξιτονοπολωμένων εξιτονίων στην πραγματοποίηση συνεχών πηγών λέιζερ υπομικρών.Η ενισχυμένη σύζευξη φωτονίου-εξιτονίου σε υπεροβσκίτες υπομικρών οδηγεί σε σημαντική αύξηση του δείκτη διάθλασης της ομάδας σε περίπου 80, γεγονός που αυξάνει σημαντικά το κέρδος λειτουργίας για να αντισταθμίσει την απώλεια λειτουργίας.Αυτό έχει επίσης ως αποτέλεσμα μια πηγή λέιζερ υπομικρονίου περοβσκίτη με υψηλότερο αποτελεσματικό παράγοντα ποιότητας μικροκοιλότητας και μικρότερο εύρος γραμμής εκπομπής (Εικόνα 2).Ο μηχανισμός παρέχει επίσης νέες γνώσεις για την ανάπτυξη λέιζερ μικρού μεγέθους, χαμηλού ορίου που βασίζονται σε άλλα υλικά ημιαγωγών.
Σχήμα 2. Μηχανισμός πηγής λέιζερ υπομικρού με χρήση εξιτονικών πολώσεων
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.Ο Zhang Qing και ο 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 τους Εξέχοντες Νέους.
Ώρα δημοσίευσης: Σεπ-12-2023