A Universidade de Pequim realizou um processo contínuo de perovskita.fonte 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 em 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 alcançar dimensões submicrométricas e bombeamento óptico contínuo de fontes de laser. Nos últimos anos, os materiais de perovskita de haleto têm recebido grande atenção na área de lasers com bombeamento óptico contínuo devido ao seu alto ganho óptico e propriedades únicas de polaritons de excíton. A área de dispositivo das fontes de laser contínuas de perovskita relatadas até o momento ainda é superior a 10 μm², e as fontes de laser submicrométricas requerem luz pulsada com alta densidade de energia de bombeamento para estimulação.
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 monocristalinos submicrométricos de perovskita 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 mecanismo de polariton de excíton no processo de laser de bombeamento óptico contínuo submicrométrico foi profundamente compreendido, o que fornece uma nova perspectiva para o desenvolvimento de lasers semicondutores de baixo limiar e tamanho reduzido. Os resultados do estudo, intitulado "Lasers de Perovskita Bombeados por Onda Contínua com Área de Dispositivo Abaixo de 1 μm²", foram publicados recentemente na revista Advanced Materials.
Neste trabalho, uma folha micrométrica de monocristal de perovskita inorgânica CsPbBr3 foi preparada sobre um substrato de safira por deposição química de vapor. Observou-se que o forte acoplamento dos éxcitons da perovskita com os fótons da microcavidade acústica à temperatura ambiente resultou na formação de polaritons excitônicos. Através de uma série de evidências, como a transição da intensidade de emissão linear para não linear, a estreita largura de linha, a transformação da polarização da emissão e a transformação da coerência espacial no limiar, confirmou-se a emissão laser de fluorescência contínua, bombeada opticamente, de um monocristal de CsPbBr3 submicrométrico, com uma área de dispositivo de apenas 0,65 μm². Ao mesmo tempo, constatou-se que o limiar da fonte laser submicrométrica é comparável ao de fontes laser de grande porte, podendo inclusive ser inferior (Figura 1).
Figura 1. CsPbBr3 submicrométrico bombeado opticamente de forma contínuafonte de luz laser
Além disso, este trabalho explora, experimental e teoricamente, e revela o mecanismo de excítons polarizados por excítons na realização de fontes de laser contínuas submicrométricas. O acoplamento fóton-excíton aprimorado em perovskitas submicrométricas resulta em um aumento significativo no índice de refração do grupo para cerca de 80, o que aumenta substancialmente o ganho do modo para compensar a perda do modo. Isso também resulta em uma fonte de laser submicrométrica de perovskita com um fator de qualidade de microcavidade efetivo mais alto e uma largura de linha de emissão mais estreita (Figura 2). O mecanismo também fornece novas perspectivas para o desenvolvimento de lasers de pequeno porte e baixo limiar baseados em outros materiais semicondutores.
Figura 2. Mecanismo de uma fonte de laser submicrométrica utilizando polarizons excitônicos.
Song Jiepeng, aluno do programa Zhibo de 2020 da Escola de Ciência e Engenharia de Materiais da Universidade de Pequim, é o primeiro autor do artigo, sendo a Universidade de Pequim a primeira instituição financiadora. Zhang Qing e Xiong Qihua, professor de Física da Universidade de Tsinghua, são os autores correspondentes. O trabalho foi financiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e pela Fundação de Ciência de Pequim para Jovens Talentos Excepcionais.
Data da publicação: 12/09/2023