Pekinška univerza je izdelala perovskitni zvezni laserski vir, manjši od 1 kvadratnega mikrona

Univerza v Pekingu je spoznala kontinuiteto perovskitalaserski virmanjši od 1 kvadratnega mikrona
Pomembno je izdelati neprekinjen laserski vir s površino naprave, manjšo od 1 μm2, da bi izpolnili zahteve po nizki porabi energije optične medsebojne povezave na čipu (<10 fJ bit-1). Ker pa se velikost naprave zmanjšuje, se optične in materialne izgube znatno povečajo, zato je doseganje podmikronske velikosti naprave in neprekinjeno optično črpanje laserskih virov izjemno zahtevno. V zadnjih letih so halogenidni perovskitni materiali prejeli veliko pozornosti na področju zveznih optično črpanih laserjev zaradi njihovega visokega optičnega ojačanja in edinstvenih lastnosti ekscitonskega polaritona. Območje naprav perovskitnih neprekinjenih laserskih virov, o katerih so do zdaj poročali, je še vedno večje od 10 μm2, vsi submikronski laserski viri pa za stimulacijo potrebujejo pulzno svetlobo z večjo gostoto energije črpalke.

Kot odgovor na ta izziv je raziskovalna skupina Zhang Qinga s šole za znanost in inženirstvo materialov Univerze v Pekingu uspešno pripravila visokokakovostne perovskitne submikronske monokristalne materiale za doseganje neprekinjenih optičnih črpalnih laserskih virov s površino naprave le 0,65 μm2. Hkrati se razkrije foton. Mehanizem ekscitonskega polaritona v submikronskem neprekinjenem optično črpanem laserskem procesu je dobro razumljen, kar zagotavlja novo idejo za razvoj polprevodniških laserjev majhne velikosti z nizkim pragom. Rezultati študije z naslovom »Perovskitni laserji z neprekinjenim valovanjem s površino naprave pod 1 μm2« so bili nedavno objavljeni v Advanced Materials.

V tem delu je bila mikronska plošča anorganskega perovskita CsPbBr3 pripravljena na safirni podlagi s kemičnim nanašanjem iz pare. Ugotovljeno je bilo, da je močno spajanje perovskitnih ekscitonov s fotoni mikrovotline zvočne stene pri sobni temperaturi povzročilo nastanek ekscitonskega polaritona. Z nizom dokazov, kot so linearna do nelinearna intenziteta emisij, ozka širina črte, transformacija polarizacije emisij in transformacija prostorske koherence na pragu, je potrjena neprekinjena optično črpana fluorescenčna laser submikronske velikosti monokristala CsPbBr3 in območje naprave je le 0,65 μm2. Hkrati je bilo ugotovljeno, da je prag submikronskega laserskega vira primerljiv s pragom velikega laserskega vira in je lahko celo nižji (slika 1).

Slika 1. Kontinuirano optično črpano submikronsko CsPbBr3vir laserske svetlobe

Poleg tega to delo eksperimentalno in teoretično raziskuje in razkriva mehanizem ekscitonsko polariziranih ekscitonov pri realizaciji submikronskih zveznih laserskih virov. Izboljšana sklopitev foton-eksciton v submikronskih perovskitih povzroči znatno povečanje skupinskega lomnega indeksa na približno 80, kar znatno poveča ojačenje načina za kompenzacijo izgube načina. Posledica tega je tudi perovskitni submikronski laserski vir z višjim učinkovitim faktorjem kakovosti mikrovotline in ožjo širino emisijske črte (slika 2). Mehanizem zagotavlja tudi nove vpoglede v razvoj majhnih laserjev z nizkim pragom, ki temeljijo na drugih polprevodniških materialih.

Slika 2. Mehanizem submikronskega laserskega vira, ki uporablja ekscitonske polarizone

Song Jiepeng, študent leta 2020 Zhibo s šole za znanost in inženirstvo materialov Univerze v Pekingu, je prvi avtor prispevka, Univerza v Pekingu pa je prva enota prispevka. Zhang Qing in Xiong Qihua, profesor fizike na univerzi Tsinghua, sta ustrezna avtorja. Delo sta podprli Nacionalna naravoslovna fundacija Kitajske in Pekinška znanstvena fundacija za izjemne mlade ljudi.