A Universidade de Pequim realizou uma perovskita contínuafonte de lasermenor que 1 mícron quadrado
É importante construir uma fonte de laser contínua com uma área de dispositivo inferior a 1 μm² para atender ao requisito de baixo consumo de energia da interconexão óptica on-chip (<10 fJ bit-1). No entanto, à medida que o tamanho do dispositivo diminui, as perdas ópticas e de material aumentam significativamente, tornando extremamente desafiador atingir um tamanho de dispositivo submicrométrico e o bombeamento óptico contínuo de fontes de laser. Nos últimos anos, materiais de perovskita de haleto têm recebido ampla atenção no campo de lasers de bombeamento óptico contínuo devido ao seu alto ganho óptico e propriedades únicas de polariton de éxciton. A área de dispositivo de fontes de laser contínuas de perovskita relatadas até o momento ainda é superior a 10 μm², e todas as fontes de laser submicrométrico requerem luz pulsada com maior densidade de energia de bombeamento para serem estimuladas.
Em resposta a esse desafio, o grupo de pesquisa de Zhang Qing, da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Pequim, preparou com sucesso materiais monocristais de perovskita submicrométrica de alta qualidade para obter fontes de laser de bombeamento óptico contínuo com uma área de dispositivo de apenas 0,65 μm². Ao mesmo tempo, o fóton é revelado. O mecanismo de polariton do éxciton no processo de laser de bombeamento óptico contínuo submicrométrico é profundamente compreendido, o que fornece uma nova ideia para o desenvolvimento de lasers semicondutores de pequeno porte e baixo limiar. Os resultados do estudo, intitulado "Lasers de Perovskita Bombeados por Onda Contínua com Área de Dispositivo Abaixo de 1 μm²", foram publicados recentemente na Advanced Materials.
Neste trabalho, a lâmina de cristal único de perovskita inorgânica CsPbBr3 (micron) foi preparada em substrato de safira por deposição química de vapor. Observou-se que o forte acoplamento dos excitons de perovskita com os fótons da microcavidade da parede sonora à temperatura ambiente resultou na formação de polariton excitônico. Por meio de uma série de evidências, como intensidade de emissão linear para não linear, largura de linha estreita, transformação de polarização de emissão e transformação de coerência espacial no limiar, a fluorescência contínua bombeada opticamente do cristal único de CsPbBr3 de tamanho submicrométrico é confirmada, e a área do dispositivo é tão baixa quanto 0,65 μm². Ao mesmo tempo, verificou-se que o limiar da fonte de laser submicrométrica é comparável ao da fonte de laser de grande porte, podendo até ser menor (Figura 1).
Figura 1. CsPbBr3 submicrométrico bombeado opticamente continuamentefonte de luz laser
Além disso, este trabalho explora, tanto experimental quanto teoricamente, o mecanismo de excitons polarizados por éxcitons na obtenção de fontes de laser contínuas submicrométricas e revela-o. O acoplamento aprimorado fóton-éxciton em perovskitas submicrométricas resulta em um aumento significativo no índice de refração do grupo para cerca de 80, o que aumenta substancialmente o ganho de modo para compensar a perda de modo. Isso também resulta em uma fonte de laser submicrométrica de perovskita com um fator de qualidade de microcavidade efetiva maior e uma largura de linha de emissão mais estreita (Figura 2). O mecanismo também fornece novos insights para o desenvolvimento de lasers de pequeno porte e baixo limiar baseados em outros materiais semicondutores.
Figura 2. Mecanismo de fonte de laser submicrométrica usando polarizons excitônicos
Song Jiepeng, aluno da Zhibo de 2020 da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Pequim, é o primeiro autor do artigo, e a Universidade de Pequim é a primeira unidade do artigo. Zhang Qing e Xiong Qihua, professor de Física da Universidade Tsinghua, são os autores correspondentes. O trabalho foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e pela Fundação Científica de Pequim para Jovens Excepcionais.
Horário da publicação: 12 de setembro de 2023